هیت سینک چیست و چگونه کار می‌کند؟

دوستان و همراهان مازستا، با یک مقاله جذاب دیگر در خدمت شما هستیم. در این مطلب به سراغ معرفی هیت سینک چیست و چگونه کار می کند؟ چه قطعاتی به هیت سینک (Heatsink) نیاز دارند؟ شیوه کار Heatsink چگونه بوده و از چه متریال هایی تولید می شود؟ برای پاسخ به تمام این سوالات و پرسش های دیگر، با مازستا همراه باشید.

هیت سینک چیست؟

بدون شک تا به امروز در بردها، قطعات سخت افزاری، لپ تاپ ها و ده ها مورد دیگر، قطعات فلزی کوچک یا بزرگی را مشاهده کرده اید که به قطعات الکترونیکی متصل شده اند. به این فلزات هیت سینک یا Heatsink گفته می شود. Heatsink یا Heat sink قطعه ای فلزی است که بر روی قطعات الکترونیکی یا قطعات سخت افزاری نصب شده و هدف اصلی آن دور کردن گرما از قطعه مذبور است.

وظیفه اصلی هیت سینک این است که گرما را از قسمتی که به آن متصل است دور کند و آن را در هوای اطراف پخش کند. هیت سینک ها می توانند این کار را انجام دهند زیرا جرم حرارتی زیادی دارند، خاصیت یک ماده برای جذب و ذخیره گرما. همچنین باید گفت که متریال های مورد استفاده در هیت سینک ها از فلزاتی است که دارای طبع سرد هستند. هر چند که اکثر فلزات دارای طبع سرد بوده و برای دریافت حرارت فوق العاده هستند.

در کامپیوترها، هیت سینک ها را روی تمام اجزای مهم مانند پردازنده، کارت گرافیک و برخی از قسمت های مادربرد خواهید دید. برخی قطعات مانند حافظه های RAM و SSD نیز در برخی مدل ها نیز دارای خنک کننده هایی از نوع هیت سینک است که با خنک‌تر نگه داشتن این قطعات، عملکرد و پایداری را بسته به نوع قطعه بهبود می‌بخشند.

هیت سینک ها برای پردازنده ها، کارت های گرافیک و مادربردها ضروری هستند. بدون هیت سینک، کامپیوتر شما به درستی کار نمی کند. به عنوان مثال، اگر سعی کنید کامپیوتری را بدون خنک کننده CPU اجرا کنید، در عرض چند ثانیه بیش از حد گرم شده و خاموش می شود. البته به همان مقدار، هیت سینک ها برای خنک سازی قطعات الکترونیکی مانند ترانزیستورها، برخی از ICها، چوک های تغذیه و … نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

به واقع و به بیان ساده، وظیفه اصلی Heatsinkها دریافت حرارت تولید شده از قطعه الکترونیکی یا سخت افزاری و سپس رها سازی آن در فضا است. برای مثال بد نیست بدانید که یک CPU دارای میلیاردها ترانزیستور کوچک است که جریان الکترون ها را برای کنترل رفتار سیگنال های الکتریکی دستکاری می کنند و در این فرآیند گرمای زیادی تولید می کنند. بدتر این است که گرما در ناحیه کوچکی به نام CPU die (هسته پردازنده) متمرکز می شود. اگر گرما جایی برای رفتن نداشته باشد، مانند هیت سینک، CPU بیش از حد گرم می شود و خاموش می شود.

چنین اتفاقی در قطعات الکترونیکی نیز منجر به بروز خرابی، از کار افتادن موقت و یا دائمی شده و حتی می تواند به قطعات و بخش های دیگر نیز آسیب های جدی وارد کند. در کامپیوترها، هیت سینک ها را می توانید بر روی چیپست (PCH) یا مدار تغذیه (VRM) نیز مشاهده کنید. در هر دو بخش، Heat sink ها عمدتا با متریال های آلومینیوم همراه هستند.

صرف نظر از قطعه و نوع، همه هیت سینک ها هدف یکسانی دارند، و آن حذف گرما از قطعه و پخش آن در سطح وسیع تری است. هیت سینک ها به طور قابل توجهی طول عمر، عملکرد و پایداری اجزایی را که روی آنها قرار می گیرند بهبود می بخشند.

آشنایی با انواع هیت سینک‌ها

هیت سینک ها در انواع شکل ها، اندازه ها، مواد و طرح ها وجود دارند. ابتدایی ترین نوع هیت سینک ها، هیت سینک های ساده و مسطح هستند که بر روی چیپست ها یا قطعات الکترونیکی کوچک نظیر ترانزیستورها نصب می شوند. هیت سینک ها در اکثر مدل ها، دارای شیارهایی باریک هستند که به آنها در اصطلاح تخصصی به آنها فین یا Fin نیز گفته می شود.

این شیار یا پره ها با هدف انتقال بهتر حرارت به هوای بیرون در نظر گرفته شده است. این نوع طراحی باعث افزایش سطح هیت سینک می شود که به طور قابل توجهی اتلاف حرارت آن را بهبود می بخشد. هیت سینک های پره ای را روی پردازنده، کارت گرافیک و بخش هایی از مادربرد خود خواهید دید. برای قطعاتی که گرمای زیادی تولید می کنند، هیت سینک ها معمولاً با یک فن همراه هستند که به دفع گرما کمک می کند.

البته در برخی محصولات الکترونیکی دیگر مانند آمپلی فایرها یا … نیز هیت سینک ها با یک فن برای دفع بهتر حرارت همراه هستند. یا حتی برخی چیپست ها مانند AMD X570. به عنوان مثال برخی از مادربردها مانند Asus ROG X570 Crosshair VIII Hero از خنک کننده فعال برای چیپست استفاده می کنند تا به پایداری کمی بهتر دست یابند.

همه هیت سینک ها یک اصل عملکرد کلی دارند: یک جزء گرم می شود، گرما با کمک یک ماده Thermal Interface Material (TIM) به هیت سینک منتقل شده و سپس گرما به تدریج در سراسر هیت سینک پخش می شود. هیت سینک به صورت غیرفعال یا با کمک فن گرما را به هوای اطراف آزاد می کند. همه این فرآیندها به طور همزمان اتفاق می افتد.

هیت سینک چگونه گرما را دفع می‌کند؟

تمامی هیت سینک از یک سمت کاملا صاف و صیقلی بهره می برند؛ این سطح برای چسبیدن به قطعه ای است که مولد حرارت است. در این سمت برای انتقال بهتر حرارت از قطعه به هیت سینک ها، یک ماده Thermal Interface Material (TIM) نیز مورد استفاده قرار می گیرد. از پدهای حرارتی گرفته تا خمیر سیلیکون، چسب های حرارتی یا چسب سیلیکون و…

این قسمت از هیت سینک را صفحه پایه می نامیم. توضیح اینکه چرا گرما به یک هیت سینک منتقل می شود در قانون دوم ترمودینامیک توضیح داده شده است، که بیان می کند گرما به طور طبیعی از یک جسم گرمتر به یک جسم سردتر منتقل می شود.

در بسیاری از هیت سینک های بزرگ، نیاز به انتقال بهتر و بیشتر حرارت داریم؛ برای این منظور از لوله های ناقل حرارت یا Heat Pipe استفاده می شود. لوله های ناقل حرارت عمدتا از جنس مس هستند. لوله های ناقل حرارت گرما را از سطح پایه به داخل هیت سینک انتقال می دهند. دریافت حرارت و انتقال آن در متریال مس بهتر از آلومینیوم است؛ اما با توجه به قیمت تمام شده و فراوانی، آلومینیوم به عنوان متریال اصلی خنک کننده ها استفاده می شود.

در برخی موارد حتی درون لوله های مسی یا آلومینومی هیت پایپ، مایعی قرار دارد که دفع حرارت را بهتر می کند. آیا هر ابعادی از Heat sink می تواند حرارت را از قطعه مورد نظر دور کند؟ اگر در رشته های الکترونیک یا سخت افزار تحصیل کرده باشید، احتمالا واحدهای مربوط به خنک کننده ها را گذرانده اید.

در صورتی که هیت سینک کوچک تر از استاندارد مناسب برای دفع حرارت قطعه مورد نظر ما باشد، قطعه بسته به ابعاد نادرست و کوچک هیت سینک، در یک بازه زمانی خاص دچار ایراد می گردد. این زمان حتی می تواند چند ماه نیز برآورد شود. اما در صورتی که Heatsink بزرگ تر از حد استاندارد و مناسب برای قطعه الکترونیکی ما باشد، باز هم پخش شدن حرارت به مقدار مناسب صورت نگرفته و همچنان قطعه در معرض خطر قرار دارد. البته مورد بزرگ بودن هیت سینک، در تراشه هایی با توان حرارتی (TDP) پایین می تواند منجر به آسیب قطعه شود.

بیشتر بخوانید: پد حرارتی گرافن چیست و چگونه کار می کند؟