معرفی المان های فرکانس بالا حرارت گیر(Heatsink) قسمت اول : معرفی

نویسنده مطلب : ایمان اکبری
تاریخ ارسال : 2015-06-27 16:24:52

چرا باید از حرارت گیر استفاده کرد؟

در کاربردهای مایکرویوی توان بالا معمولا برخی از قسمت های سیستم حرارت زیادی را تولید می کنند و در صورتی که راهکاری برای دفع مناسب این حرارت پیش بینی نشود ممکن است موجب صدمه دیدن قسمت هایی از سیستم شود. با استفاده از حرارت گیر ها می توان با تنظیم دمای سیستم از تغییرات عملکرد سیستم و یا صدمه دیدن بخش هایی از آن جلوگیری کرد.
یک حرارت گیر نوعی را در تصویر زیر مشاهده می کنید. همانطور که مشخص است اساسی ترین اجزای یک حرارت گیر بدنه اصلی و تیغه های آن می باشند.

 

heatsink

تعدادی از مشخصات یک حرارت گیر را می توان به صورت زیر فهرست کرد:

مساحت حرارت گیر:

در واقع فرآیند انتقال حرارتی در سطح حرارت گیر رخ می دهد. به همین خاطر حرارت گیر ها باید به گونه ایی طراحی شوند که سطح بالایی داشته باشند. با افزایش تعداد تیغه های یا سطح خود حرارت گیر می توان به این هدف دست یافت.(منظور از سطح در واقع سطح تمام تیغه ها است)

آیرودینامیک مناسب :

حرارت گیر باید به گونه ایی طراحی شود تا هوا بتواند به راحتی و به سرعت درون خنک کننده جریان یافته و جریان هوا به تمامی تیغه ها برسد. به طور خاص در حرارت گیرهایی که تعداد زیادی تیغه داشته و فاصله بین تیغه ها کم است این امکان وجود دارد که هوا به خوبی نتواند جریان یابد. به همین خاطر باید بین مساحت زیاد(تعداد تیغه های زیاد با فاصله نزدیک بین تیغه ها) و آیرودینامیک خوب مصالحه برقرار شود. این پارامتر به fan مورد استفاده نیز وابسته است به طور ی که یک fan قدرتمند این توانایی را دارد که هوا را حتی در یک حرارت گیر با تعداد زیاد تیغه و فاصله بین تیغه پایین نیز جاری کند از طرف دیگر رد حرارت گیر های غیر فعال(که فاقد سیستم خنک کننده فعال هستند) باید تعداد تیغه ها کمتر . فواصل بین تیغه ها بیشتر باشد. به همین خاطر به سادگی با اضافه کردن fan به حرارت گیر های بزرگی که برای استفاده بدون fan طراحی شده اند نمی توان عملکرد خنک کنندگی بهتری را نتیجه گرفت.  در تصویر زیر نوع fan دار اکتیو حرارت گیر را مشاهده می کنید.

heatsink with fan

انتقال حرارتی خوب در حرارت گیر :

تیغه های خنک کننده بزرگ در صورتی که گرمایی به آنها نرسد هیچ کارایی ندارند به همین خاطر حرارت گیر باید برای انتقال حرارتی خوب از منبع حرارت به تیغه ها طراحی شود. پس در اینجا نیز باید بین مساحت زیاد(تعداد زیاد تیغه ها) و انتقال حرارتی خوب(ضخامت تیغه ها)یک نوع مصالحه برقرار شود البته ماده ای که برای ساخت حرارت گیر استفاده می شود نیز تاثیر قابل توجه ایی بر روی انتقال حرارت درون حرارت گیر دارد. گاهی از لوله های حرارتی برای هدایت گرما از منبع حرارت به قسمت هایی از تیغه که فاصله زیادی از منبع حرارت دارند استفاده می شود. در شکل زیر نمونه ایی زا حرارت گیر را مشاهده می کنید که در آن از لوله برای انتقال حرارتی بهتر استفاده شده است.

 

heatsink tube

هموار بودن کامل سطح تماس :

قسمتی از حرارت گیر که در تماس با منبع حرارت است باید کاملا هموار و تخت باشد. هموار بودن سطح تماس امکان استفاده از لایه ضخیم تر را امکان پذیر می سازد که موجب کاهش مقاومت حرارتی بین حرارت گیر و منبع حرارت می شود.

heatsink flat

روش سوار شدن مناسب :

برای انتقال حرارتی خوب می بایستی فشار بین حرارت گیر و منبع حرارت بالا باشد. گیره هایی را باید برای اعمال فشار زیاد طراحی کرد که در عین حال نصب آنها نیز ساده باشد. معمولا سوار شدن حرارت گیر با پیچ از سوار شدن با گیره بهتر ست. نوار چسب با چسب رسانای حرارتی را باید تنها در موقعیت هایی مورد استفاده قرار داد که سوار شدن با پیچ یا گیره غیر ممکن است.

اندازه گیری عملکرد حرارت گیر، مقاومت حرارتی θ

عملکرد حرارت گیر بر حسب °C/W (یا K/W که بیانگر واحد محاسباتی سلسیوس یا کلوین است و به خاطر اینکه در روابط اختلاف  دما وارد می شود مقدار در دو واحد یکسان است ) می باشد که آن را مقاومت حرارتی θ می نامند.
به عنوان یک مثال از مفهوم این پارامتر ها به نمونه زیر توجه کنید:
در صورتی که بار حرارتی 20W به حرارت گیری متصل شود و این موجب شود که حرارت منبع گرما °C10 افزایش یابد حرارت گیر دارای نرخ 10°C/20W=0.5 °C/W می باد.
مقدار θ برای بار توان مشخص و محدوده حرارتی مشخصی معتبر است.

مواد مورد استفاده در حرارت گیرها

 

آلومینیوم :

این فلز رسانندگی گرمایی 205W/Mk دارد که نسبتا خوب است(در مقایسه با استیل با رسانندگی گرمایی 50W/Mk). تولید حرارت گیر های آلومینیومی ارزان است با اکستروژن انجام می شود. به خاطر نرمی آن آلومینیوم سریعا تراشکاری می شود.

مس :

این فلز رسانندگی گرمایی دوبرابر آلومینیوم دارد-حدوداً 400W/Mk. به همین خاطر این ماده برای ساخت حرارت گیر ایده آل است از جمله معایب این ماده وزن بالا ، قیمت بالا و انتخاب های کمتر در فرآیند ساخت حرارت گیر است.

ترکیب مس و آلومینیوم :

برای ترکیب مزایای آلومینیوم و مس می توان حرارت گیر را از اتصال مس و آلومینیوم ساخت. در اینجا ناحیه ایی از اتصال که با منبع گرما در تماس است از مس ساخته می شود که کمک می کند گرما از منبع گرما به قسمت های بیرونی حرارت گیر هدایت شود. در این حالت توجه داشته باشید که زمانی انتقال حرارتی خوبی حاصل می شود که قسمت مسی و آلومینیومی به خوبی به هم متصل باشند به طوری که اگر انتقال گرمایی بین مس و آلومینیوم ضعیف باشد ممکن است ضرر این روش از فواید آن پیشی گیرد. نمونه ایی از این نوع حرارت گیر را در تصویر زیر مشاهده می کنید.

heatsink hybrid

 

 

بر چسب ها {حرارت گیر، معرفی حرارت گیر، ویژگی های مهم حرارت گیر، heatsink، heatsink materials، heatsink parameters}

نظرات
نظر جدید
172
تعداد اعضا
filter picture
antenna picture