هیت سینک چیست؟ + معرفی طرز کار هیت سینک

در دنیای امروز، تمام دستگاه‌های الکترونیکی ما، از گوشی هوشمند در جیب شما گرفته تا خودروهای زیرپای شما، برای کار کردن به جریان برق نیاز دارند. وقتی این جریان برق در قطعات کوچک داخل دستگاه (مانند مغز کامپیوتر یا همان پردازنده مرکزی/CPU) حرکت می‌کند، همه انرژی به کار مفید تبدیل نمی‌شود؛ مقداری از آن به صورت گرما هدر می‌رود. این گرما یک محصول جانبی طبیعی است.   

اگر این گرما به سرعت از قطعه دور نشود، دمای آن افزایش پیدا کرده و ممکن است به تراشه آسیب جدی وارد شود؛ درست مثل تب شدید در بدن ما که به سلامتی آسیب می‌زند. این آسیب در دستگاه‌های الکترونیکی می‌تواند به معنی کاهش عمر قطعه یا حتی خرابی کامل آن باشد.   

هیت سینک (Heat Sink) یا گرماگیر، یک قطعه فلزی است که وظیفه اصلی آن جذب گرمای تولید شده توسط یک قطعه داغ (مثل CPU) و دفع آن به محیط اطراف (معمولاً هوا) است.   

به زبان ساده، هیت سینک یک پل حرارتی است. این پل، گرما را از تراشه داغ برداشته و آن را در یک سطح بزرگتر و بازتر پخش می‌کند تا هوا بتواند به راحتی آن گرما را با خود ببرد و دستگاه خنک بماند. به این ترتیب، هیت سینک مانع از داغ شدن بیش از حد قطعه شده و اجازه می‌دهد قطعه با حداکثر کارایی خود کار کند.   

 

ساختار هیت سینک و مواد تشکیل دهنده آن

هیت سینک یک قطعه فلزی با طراحی خاص است که کارایی آن به شکل و جنسش بستگی دارد و 3 جزء اصلی پایه، باله‌ها و ماده رابط حرارتی دارد:

1. پایه (Base): این قسمت صاف و ضخیم، محلی است که مستقیماً با قطعه داغ (مثلاً روی CPU) تماس پیدا می‌کند. وظیفه آن جذب سریع و اولیه گرما است.   
2. باله‌ها (Fins): باله‌ها همان پره‌های متعددی هستند که از پایه بیرون زده‌اند. وظیفه باله‌ها این است که سطح تماس هیت سینک با هوا را به شکل قابل توجهی افزایش دهند. هرچه این سطح بیشتر باشد، هوا راحت‌تر می‌تواند گرما را برداشته و با خود ببرد.   
3. ماده رابط حرارتی (Thermal Paste/TIM): این ماده که عموماً به شکل خمیر است (مثل خمیر سیلیکون)، بین سطح CPU و پایه هیت سینک مالیده می‌شود.

اگر بپرسید دلیل استفاده از آن چیست؟ باید بگوییم اگرچه پایه هیت سینک صاف به نظر می‌رسد، اما در مقیاس میکروسکوپی دارای ناهمواری‌هایی است که با هوا پر شده‌اند. هوا یک عایق حرارتی بد است! خمیر حرارتی این فضاهای خالی را پر کرده و مطمئن می‌شود که گرما بدون هیچ مانعی به هیت سینک منتقل شود.   

طرز کار هیت سینک: هیت سینک چگونه کار می‌کند؟

هیت سینک از سه روش اصلی فیزیکی برای جابجایی گرما استفاده می‌کند:

1. انتقال مستقیم: گرما از تراشه داغ، از طریق خمیر حرارتی، به صورت مستقیم (تماس جامد با جامد) به پایه و سپس به باله‌های هیت سینک منتقل می‌شود.
2. جابجایی: این مرحله دفع اصلی گرما است. باله‌ها پس از گرم شدن، گرما را به هوا منتقل می‌کنند. هوای گرم یا به صورت طبیعی بالا می‌رود (خنک‌سازی پسیو) یا با کمک فن به بیرون رانده می‌شود (خنک‌سازی اکتیو).   
3. تابش: دفع گرما به صورت امواج حرارتی است، اما در دمای کارکرد عادی کامپیوترها، نقش آن در مقایسه با جابجایی بسیار ناچیز است. (مگر در محیط‌هایی که هوا نیست، مثل فضا، که تابش اهمیت حیاتی پیدا می‌کند).   

 

مفهوم کلیدی: مقاومت حرارتی (C/W)

برای درک کارایی یک هیت سینک، مهندسان از مفهومی به نام مقاومت حرارتی استفاده می‌کنند. این مفهوم به ما می‌گوید که یک هیت سینک چقدر در برابر عبور گرما “مقاومت” نشان می‌دهد.   

قانون ساده: مقاومت حرارتی باید تا حد ممکن پایین باشد.

واحد این مقاومت، «درجه سانتی‌گراد در هر وات» (C/W) است. این عدد نشان می‌دهد که به ازای هر یک وات گرمایی که هیت سینک جذب می‌کند، دمای آن چند درجه بالاتر می‌رود.   

• مثال ساده: فرض کنید یک پردازنده 5 وات گرما تولید می‌کند و دمای اتاق 25 درجه است.
  • هیت سینک ضعیف (مقاومت بالا: 5C/W): دمای آن 5W×5C/W=25 درجه بالاتر می‌رود. دمای نهایی 25+25=50 درجه.
  • هیت سینک قوی (مقاومت پایین: 1C/W): دمای آن فقط 5W×1C/W=5 درجه بالاتر می‌رود. دمای نهایی 25+5=30 درجه.   

بنابراین، هیت سینکی که مقاومت حرارتی پایین‌تری دارد (مثل هیت سینک دوم)، گرما را بسیار کارآمدتر دفع می‌کند.   

  کاربردهای هیت سینک

هیت سینک‌ها فقط در کامپیوتر نیستند؛ آن‌ها در هر جایی که جریان برق گرما تولید می‌کند، حضور دارند :   

• خودروها: خنک کردن واحدهای کنترل موتور و دینام‌ها.   
• ارتباطات: حفظ دمای فرستنده‌ها و تقویت‌کننده‌های قدرت در تجهیزات مخابراتی.   
• الکترونیک صنعتی: خنک کردن تنظیم‌کننده‌های ولتاژ و مبدل‌های برق.   

 

کاربرد هیتسینک در بخاری خودرو

سینک حرارتی (گرماگیر) نقشی حیاتی در حفظ عملکرد و طول عمر قطعات الکترونیکی سیستم بخاری خودرو دارد. اهمیت اصلی آن در بخش ماژول کنترل سرعت فن دمنده (که وظیفه تنظیم شدت باد را دارد) متمرکز است.

این ماژول‌ها حاوی ترانزیستورهای قدرت هستند. هنگام تنظیم سرعت فن، این ترانزیستورها مقدار قابل توجهی انرژی الکتریکی را به گرما تبدیل می‌کنند. اگر این گرما به سرعت دفع نشود، دمای قطعه به نقطه بحرانی می‌رسد و ترانزیستور می‌سوزد.

 

جمع‌بندی

هیت سینک یک قطعه حیاتی است که در سادگی خود، هوشمندانه عمل می‌کند. این قطعه با ساختار مهندسی شده خود، گرما را از مغز دستگاه جذب کرده، آن را در سطح وسیعی پخش می‌کند و سپس با کمک هوا آن را به بیرون می‌راند.   

بدون هیت سینک‌های کارآمد، پردازنده‌های مدرن نمی‌توانستند با سرعت و قدرتی که امروز شاهد آن هستیم، کار کنند. دفعه بعد که دستگاه شما بدون کند شدن کارهای سنگین را انجام می‌دهد، به یاد داشته باشید که این کار به لطف تلاش خاموش و مستمر یک تکه فلز به نام هیت سینک است.