Ang heat sink ay isa sa mga pinakamahalagang bahagi na ginagamit upang palamigin ang mga elektronikong aparato. Sa tuwing ang isang pinagmumulan ng init ay hindi epektibong makapagpalabas ng init sa pamamagitan ng sarili nitong conduction at nangangailangan ng mas mahusay na paglamig, ginagamit ang heat sink upang ilipat ang init palayo sa pinagmumulan at ipamahagi ito sa pamamagitan ng na-optimize na conduction at convection.

Ang mga heat sink ay malawakang ginagamit sa elektronika ng kuryente, kagamitan sa telekomunikasyon, mga server, LED lighting, automotive electronics, at mga industrial device.

pangunahing istraktura ng isang heat sink

Ang isang karaniwang heat sink ay binubuo ng dalawang bahagi:

• base

• hanggang

Ang base ay karaniwang isang patag na ibabaw na direktang dumidikit sa pinagmumulan ng init. Ang tungkulin nito ay ilipat ang init mula sa hotspot at ipamahagi ito nang pantay-pantay sa mga palikpik.

Ang mga palikpik ay dinisenyo upang mapataas ang kabuuang lawak ng ibabaw ng heat sink. Maaari itong gawin sa iba't ibang heometriya at karaniwang nakaposisyon nang patayo mula sa base upang mapakinabangan ang pagkalat ng init.

Ang pangunahing layunin ng disenyo ng isang heat sink ay i-maximize ang surface area, na nagpapahintulot sa mas maraming init na mailipat sa nakapalibot na hangin.

mga materyales sa heat sink

Maliban sa iilang eksepsiyon, ang mga heat sink ay gawa sa mga thermally conductive metal, kadalasang aluminyo o tanso.

aluminyo

Ang aluminyo ang pinakalawak na ginagamit na materyal para sa mga heat sink.

• kondaktibiti ng init: 235 w/mk

• magaan

• matipid

• madaling gawin

Dahil sa mga katangiang ito, mainam ang aluminyo para sa magaan at matipid na mga solusyon sa heat sink.

tanso

Ang tanso ay isa pang sikat na materyal para sa mga heat sink.

• kondaktibiti ng init: ~400 w/mk

• mas mataas na kakayahan sa paglipat ng init

bagama't mas mabigat at mas mahal ang tanso, madalas itong kinakailangan sa mga aplikasyong thermal na may mataas na pagganap.

natural na kombeksyon vs sapilitang kombeksyon

Ang mga heat sink ay karaniwang inuuri sa dalawang kategorya batay sa mga kondisyon ng daloy ng hangin.

natural na kombeksyon (passive cooling)

Ang mga passive heat sink ay umaasa lamang sa natural na daloy ng hangin upang maalis ang init.

ang mga ito ay dinisenyo upang:

• i-maximize ang lawak ng ibabaw

• hayaang natural na umikot ang hangin

• gumana nang walang karagdagang aktibong sangkap

Ang mga passive heat sink ay karaniwang ginagamit sa mga low-power electronic device.

sapilitang kombeksyon (aktibong paglamig)

Ang mga aktibong heat sink ay gumagamit ng mga bentilador o blower upang pilitin ang hangin na dumaan sa mga palikpik.

Ang sapilitang daloy ng hangin na ito ay lumilikha ng turbulence, na makabuluhang nagpapataas ng kahusayan sa paglipat ng init at pagganap ng paglamig.

Ang mga aktibong solusyon sa paglamig ay malawakang ginagamit sa:

• mga server

• elektronika ng kuryente

• mga sistema ng computing na may mataas na pagganap

mga karaniwang uri ng heat sink

Maraming teknolohiya sa pagmamanupaktura ang ginagamit upang makagawa ng mga heat sink, na bawat isa ay angkop para sa iba't ibang pangangailangan at aplikasyon sa thermal.

1. mga naselyohang heat sink (antas ng board)

Ang mga stamped heat sink ay ginagawa mula sa sheet metal gamit ang mga progresibong proseso ng stamping. Ang bawat hakbang ng stamping ay nagdaragdag ng mga tampok at detalye habang ang metal ay dumadaan sa die.

Ang mga heat sink na ito ay karaniwang idinisenyo para sa mga partikular na uri ng electronic package upang matiyak ang pinakamainam na pagkakasya sa mga printed circuit board (PCB).

maaari silang gumana sa passive mode o may kasamang bentilador upang mapataas ang daloy ng hangin sa kabuuan.

mga kalamangan

• mainam para sa mga aplikasyon na mababa ang lakas (0–5w)

• mabilis at simpleng pag-assemble

• mababang gastos sa paggawa

• maaaring i-scalable para sa mataas na volume ng produksyon

• magagamit para sa maraming uri ng pakete

mga disbentaha

• hindi angkop para sa mga aplikasyon na higit sa 5w

• limitado ang laki (karaniwan ay wala pang 50 mm)

• dinisenyo para palamigin ang isang aparato lamang

2. mga extruded aluminyo heat sink

Ang extrusion ay isa sa pinakasikat at pinaka-epektibong paraan ng paggawa ng heat sink.

Ang mga extruded heat sink ay nag-iiba-iba ang laki depende sa aplikasyon. Ang mas maliliit na bersyon ay ginagamit para sa board-level cooling, habang ang mas malalaki ay idinisenyo para sa medium-power thermal management.

maaari silang i-optimize para sa parehong passive at active cooling, depende sa geometry at spacing ng fin.

Ang mga board-level extruded heat sink ay karaniwang ginagamit para sa mga bahagi tulad ng:

• bga

• fpga

Ang proseso ng extrusion ay nagsisimula sa isang profile die na tumutukoy sa istruktura ng palikpik, espasyo, at mga sukat ng base. Ang pinainit na aluminyo ay itinutulak sa die upang lumikha ng isang mahabang profile, na kalaunan ay pinuputol sa nais na haba at pinoproseso pa.

mga kalamangan

• mainam para sa mga aplikasyon na may katamtamang lakas

• produksyon na matipid

• lubos na nasusukat para sa malawakang produksyon

• madaling pagpapasadya

• isang pirasong konstruksyon na may mababang thermal resistance

mga disbentaha

• hindi angkop para sa mga aplikasyon na may napakataas na lakas

• mga limitasyon sa laki (humigit-kumulang 23 pulgada ang lapad at 47 pulgada ang haba)

• Ang malalaking profile ay maaaring may mga limitasyon sa pagtatapos

3. mga heat sink na may skived fin

Ang skiving ay isang proseso ng pagma-machining na direktang bumubuo ng mga palikpik mula sa isang solidong bloke ng metal. Ang mga manipis na patong ay hinihiwa mula sa base at tinutupi pataas upang lumikha ng mga palikpik.

dahil ang mga palikpik at base ay nabuo mula sa iisang piraso ng materyal, walang mga dugtungan o interface, na nagbabawas sa thermal resistance.

Ang prosesong ito ay nagbibigay-daan din para sa napakanipis na mga palikpik at mataas na densidad ng palikpik, na makabuluhang nagpapataas ng kabuuang lawak ng ibabaw.

hindi tulad ng extrusion, ang skiving ay hindi nangangailangan ng nakalaang tooling, na nagpapababa ng mga gastos sa tooling at nagbibigay-daan sa mas mabilis na prototyping.

mga kalamangan

• mataas na kahusayan sa paglamig

• manipis na palikpik at mataas na densidad ng palikpik

• mas mababang gastos sa paggamit ng mga kagamitan

• matipid para sa mga heat sink na tanso

mga disbentaha

• hindi mainam para sa mga aplikasyon na may napakataas na lakas

• mga limitasyon sa laki

• ang mga manipis na palikpik ay maaaring mas marupok

• hindi gaanong angkop para sa napakalaking dami ng produksyon

4. mga heat sink na may bonded fin at brazed fin

Ang mga bonded fin heat sink ay binubuo ng dalawang pangunahing bahagi:

• isang base (na-extrude o na-machine)

• mga indibidwal na palikpik na nakakabit gamit ang thermally conductive adhesive, epoxy, o brazing

Ang mga palikpik ay karaniwang tinatatakan mula sa manipis na sheet metal, habang ang base ay maaaring i-extrude, die cast, o i-machine.

Maaari ring isama sa base ang mga karagdagang teknolohiyang thermal tulad ng mga heat pipe o vapor chamber upang mapabuti ang pagganap.

Ang mga bonded fin heat sink ay nagbibigay ng mas malawak na flexibility sa disenyo at nagbibigay-daan sa mas mataas na densidad ng palikpik sa loob ng mas maliit na footprint.

mga kalamangan

• compact na disenyo para sa mga aplikasyon na limitado ang espasyo

• mataas na pagganap ng init

• angkop para sa sapilitang kombeksyon

• masikip na pagitan ng palikpik

• mataas na aspect ratio ng palikpik

• integrasyon ng nababaluktot na disenyo

• mas mababang gastos sa paggamit ng mga kagamitan

mga disbentaha

• hindi mainam para sa mga kapaligirang may mataas na vibration

• hindi angkop kapag ang kinakailangang thermal resistance ay mas mababa sa 0.01°c/w

5. mga heat sink na may zipper fin

Ang mga palikpik na may zipper ay gawa sa isang serye ng mga palikpik na metal na may kanya-kanyang tatak na nakatiklop at magkakaugnay.

Ang mga palikpik na ito ay maaaring isaayos sa alinman sa:

• mga saradong kanal para sa direktang daloy ng hangin

• bukas na mga configuration para sa multidirectional airflow

Ang fin stack ay karaniwang nakakabit sa heat sink base o mga heat pipe sa pamamagitan ng paghihinang, pagpapatigas, o epoxy bonding.

Ang disenyong ito ay nag-aalok ng mahusay na mekanikal na katatagan at mataas na kakayahang umangkop para sa mga pinagsamang thermal solution.

mga kalamangan

• mataas na pagganap ng init

• mainam para sa mga aplikasyon ng sapilitang daloy ng hangin

• integrasyon ng nababaluktot na disenyo

• mas mababang gastos sa kagamitan

• magaan

• maaaring mapabuti ang kahusayan ng heat pipe

• pinahusay na mekanikal na katatagan

mga disbentaha

• ilang mga limitasyon para sa napakababang mga kinakailangan sa thermal resistance

6. nakatiklop na mga heat sink na palikpik

Ang mga nakatiklop na palikpik ay nalilikha sa pamamagitan ng pagbaluktot ng manipis na mga sheet ng metal sa mga kumplikadong hugis upang mapataas ang lawak ng ibabaw.

Ang mga palikpik na ito ay karaniwang idinidikit o itinatali sa isang base upang mabuo ang pangwakas na heat sink assembly. Ang teknolohiya ng nakatiklop na palikpik ay maaari ding gamitin sa mga likidong solusyon ng cold plate.

mga kalamangan

• nadagdagang lawak ng ibabaw

• mataas na kahusayan ng palikpik

• tugma sa maraming materyales

• magaan na istraktura

mga disbentaha

• pinakamahusay na gumaganap kapag ang daloy ng hangin ay direktang dumadaan sa mga palikpik

• mas mataas na gastos sa produksyon sa ilang mga kaso

7. mga heat sink na die cast

Ang mga die cast heat sink ay ginagawa bilang mga single-piece na istruktura gamit ang tinunaw na metal na ini-inject sa mga custom na molde.

Ang pamamaraang ito ng pagmamanupaktura ay mainam para sa mataas na dami ng produksyon at nagpapahintulot sa mga kumplikadong heometriya na mahirap makamit sa pamamagitan ng ibang mga proseso.

pagkatapos ng paghulma, kaunting machining at pagtatapos lamang ang kinakailangan upang makamit ang pangwakas na produkto.

mga kalamangan

• mainam para sa mataas na dami ng produksyon

• angkop para sa mga kumplikadong hugis

• mababa o malapit sa zero na resistensya sa init

mga disbentaha

• mataas na paunang gastos sa paggamit ng mga kagamitan at hulmahan