তাপ সিঙ্ক ডিজাইন এবং উত্পাদন একটি সংক্ষিপ্ত পর্যালোচনা

শেষ আপডেট: ০৯/০১;পড়ার সময়: 6 মিনিট

তাপ সিঙ্ক

একটি তাপ সিঙ্ক হল একটি তাপগতিগত যন্ত্র যা যান্ত্রিক, বৈদ্যুতিক এবং ইলেকট্রনিক সিস্টেম থেকে তাপ অপসারণ করে।বিভিন্ন ডিভাইস এবং মেশিনে, সেই ডিভাইস বা মেশিনের কার্যকারিতা বজায় রাখার জন্য তাপমাত্রার পরিসীমা নির্দিষ্ট সীমার মধ্যে রাখা অপরিহার্য।এখানে তাপ-সিঙ্কের ভূমিকা পালন করা হয়।উদাহরণস্বরূপ, বিভিন্ন শিল্পে আপনার ল্যাপটপের ভারী যন্ত্রপাতির তাপ নষ্ট করতে হবে।তাই ভাবুন আজকের প্রযুক্তির বিশ্বে এটি কতটা ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।তাপ সিঙ্কগুলি তাপকে একটি নিয়ন্ত্রিত মাধ্যমে স্থানান্তরিত করে, যেমন বায়ু বা তরল, তারপর যন্ত্রপাতি এবং স্থানান্তরকারী মাধ্যম থেকে বহিষ্কৃত করে।

এই নিবন্ধটি সংক্ষেপে মাধ্যমে যেতে হবেতাপ সিঙ্কের কাজ, নকশা পদক্ষেপ, এবং উত্পাদন পদ্ধতি।

হিট সিঙ্কের কাজ

তাপ স্থানান্তরের ফুরিয়ার আইন, যা বলে যে তাপ সর্বদা উচ্চ তাপমাত্রা থেকে নিম্ন-তাপমাত্রার মাধ্যমে প্রবাহিত হয়, তাপ সিঙ্ক কীভাবে কাজ করে তার ভিত্তি প্রদান করে।যদিও ডিভাইসগুলি তাপ উৎপন্ন করে, যা আশেপাশের বায়ু বা তরল থেকে বেশি গরম, তারা সেই তাপটিকে সঞ্চালন, পরিচলন বা মাঝে মাঝে বিকিরণ দ্বারা একটি শীতল যোগাযোগে স্থানান্তর করে।

চলুন নীচের ফ্লো-চার্টটি দেখি তাপ-সিঙ্কের কাজ করার একটি পরিষ্কার চিত্রের জন্য;

হিট-সিঙ্কের কাজের জন্য ফ্লো-চার্ট

·   প্যাসিভ হিট সিঙ্ক

প্যাসিভ হিট সিঙ্কগুলি প্রাকৃতিকভাবে শোষিত তাপকে শক্তি সংবহন ছাড়াই পরিবেষ্টিত বায়ুতে স্থানান্তর করে, যেমন তাদের চারপাশে একটি পাখা বা জল সঞ্চালন।এগুলি সাধারণত আকারে বড় হয় এবং বাইরের পরিবেশে উন্মুক্ত একটি ফিন অ্যারে ধারণ করে।

·   সক্রিয় তাপ সিঙ্ক

সক্রিয় হিট সিঙ্কে অতিরিক্ত ফ্যান বা ব্লোয়ার এবং তরল সেট আপ থাকে যাতে প্রাকৃতিক পদ্ধতির বাইরে তাপ অপসারণ করা হয়।এই অতিরিক্ত সেটআপ জোরপূর্বক পরিচলন প্রক্রিয়া দ্বারা তাপ অপচয় প্রক্রিয়া বৃদ্ধি করে।উদাহরণস্বরূপ, যখন পাখা চলে, তখন এটি বাতাসের বেগ বাড়ায় এবং দ্রুত তাপ সিঙ্ক থেকে তাপ আশেপাশের পরিবেশে স্থানান্তর করে।

তাপ প্রতিরোধের গণনা

একটি তাপ সিঙ্ক ডিজাইন করার সময়, মোট তাপ প্রতিরোধের গণনা (আর_hs) সম্ভাব্য কর্মক্ষমতা এবং দক্ষতা বোঝার ক্ষেত্রে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে, তাই আসুন দেখি কিভাবে এটি গণনা করা যায়;

R_hs= (টি_j-T_a/পি) - (আর_th-jc) - আর_I

P= মোট অপসারিত তাপ

T_I= ডিভাইসের সর্বোচ্চ জংশন তাপমাত্রা 0C।

R_th-jc= কেস তাপ প্রতিরোধের সংযোগ

T_a= পরিবেষ্টিত বায়ু তাপমাত্রা⁰C.

R_I= ইন্টারফেস উপাদান প্রতিরোধ

R_আমি= (t/L x W x K_I)

t = ইন্টারফেস উপাদানের বেধ

K_I= ইন্টারফেস উপাদানের তাপ পরিবাহিতা

L = তাপের উৎসের দৈর্ঘ্য

W = তাপের উৎসের প্রস্থ

হিট সিঙ্কের ডিজাইন

ডিজাইন করার বেশ কয়েকটি ধাপ রয়েছে।আসুন সংক্ষিপ্তভাবে তাদের প্রতিটি কটাক্ষপাত করা যাক.

1.          উপাদান নির্বাচন

তাপ পরিবাহিতা একটি তাপ সিঙ্ক উপাদানের অপরিহার্য বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে একটি কারণ এটি একটি উত্তপ্ত ডিভাইসের উপাদান থেকে সিঙ্ক এবং পরিবেশে তাপ দ্রুত প্রেরণের অনুমতি দেয়।

তাপ সিঙ্ক তৈরি করতে ব্যবহৃত দুটি প্রাথমিক উপকরণ হল তামা এবং অ্যালুমিনিয়াম অ্যালয়।এর কারণ তাদের শক্তি, জারা প্রতিরোধের, স্থায়িত্ব এবং উচ্চ তাপ পরিবাহিতার মতো চমৎকার যান্ত্রিক গুণাবলী রয়েছে।যাইহোক, যদিও এটি বেশ দামী, হীরা (2,000 W/m/k) উচ্চ-কর্মক্ষমতা এবং নির্ভুল ইলেকট্রনিক ডিভাইসে তাপ সিঙ্কের জন্য আদর্শ উপাদান হতে পারে।

ইলেকট্রনিক্স যন্ত্রাংশ ছাড়াও, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি তাপ অপচয় করতে প্রয়োজনীয়।এই ধরনের পরিস্থিতিতে, তামা বা অ্যালুমিনিয়াম তাপ সিঙ্কের জন্য সর্বোত্তম উপকরণ হতে পারে না।

তাপ ব্যবস্থাপনার জন্য স্বয়ংচালিত শিল্পের সমাধান হল আরও চমত্কার পরিবাহিতা কার্বন ফাইবার উপাদান।

2.          পাখনা বিন্যাস এবং বায়ুপ্রবাহ

আরেকটি কারণ যা তাপ সিঙ্কের কার্যকারিতাকে প্রভাবিত করে তা হল কুল্যান্ট মাধ্যম, যা তাপ অপচয়ের হারকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করে।অতএব, হিট সিঙ্ক তৈরি করার সময়, আকৃতি, আকার এবং পাখনার বিন্যাসগুলি বিবেচনা করা গুরুত্বপূর্ণ দিক।প্যারামেট্রিক অপ্টিমাইজেশান কৌশল ব্যবহার করা হল আদর্শ প্যারামিটার মান খুঁজে বের করার জন্য উল্লিখিত বিধিনিষেধের সাথে মেলে এবং ডিজাইন লক্ষ্যগুলি অর্জন করার জন্য সেরা বিকল্প।

• বায়ুপ্রবাহ উন্নত করতে এবং তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা কমাতে পাখনার মধ্যবর্তী স্থান উন্নত করুন।

• কারণ একটি বৃহত্তর পৃষ্ঠ এলাকা পরিবাহী এবং পরিচলন তাপ স্থানান্তর বৃদ্ধি করে, তাপ অপচয়ে সহায়তা করে, বেধ এবং উচ্চতা বৃদ্ধি বিবেচনা করুন।

• একটি ছোট তাপীয় সীমানা স্তর তৈরি করুন, এবং বায়ুপ্রবাহের দিকটি পাখনার দক্ষতা বাড়ানোর জন্য তাপ সিঙ্কের সাথে একটি আদর্শ কোণে ডিজাইন করা হয়েছিল।

• সিএডি দিয়ে পাখনার নকশা প্রস্তুত করার পরে, আপনি তাপ স্থানান্তর দৃশ্যের অনুকরণ করতে পারেন এর কার্যকারিতা অপ্টিমাইজ করতে।

3.          তাপ-সিঙ্কের সংযুক্তি

যেভাবে সিঙ্কটি ডিভাইসের গরম করার উপাদানের সাথে সংযুক্ত থাকে তাও এটি কতটা ভাল কাজ করে তা প্রভাবিত করে।সেরা সংযোগ পদ্ধতি বেছে নিন যা স্ট্যান্ডঅফ স্পেসার, ফ্ল্যাট স্প্রিং ক্লিপ, ইপোক্সি এবং থার্মাল টেপ বিকল্পগুলি থেকে তাপ সঞ্চালনের হারকে সর্বাধিক করে।

4.          তাপীয় ইন্টারফেস

তাপ সিঙ্কের ত্রুটি এবং পৃষ্ঠের রুক্ষতা তাপীয় যোগাযোগের ক্ষেত্র এবং ইন্টারফেসের চাপ হ্রাসের কারণে তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধিতে ভূমিকা পালন করে।এই সমস্যাটি কাটিয়ে উঠতে, তাপীয় ইন্টারফেস উপকরণগুলি সর্বোত্তম পছন্দ।তাপ সিঙ্কের পৃষ্ঠে তরল পলিমার, মোম, অ্যালুমিনিয়াম, গ্রাফাইট এবং টেপ ব্যবহার করা এবং ডিভাইসগুলির গরম করার উপাদান তাপ প্রতিরোধের হ্রাস করে।

5.          সিমুলেশন

কার্যত তাপ-সিঙ্কের কার্যকারিতা দেখতে ডিজাইনের সিমুলেশন গুরুত্বপূর্ণ।কম্পিউটার সিমুলেশন উন্নতির জন্য ধারণা দেয় এবং ডিজাইন নিশ্চিত করে যে এটি প্রয়োজনীয় অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযুক্ত কিনা।

তাপ সিঙ্ক জন্য উত্পাদন প্রক্রিয়া

তাপগতভাবে তাপ সিঙ্কের নকশা অনুকরণ করার পরে, এখন এটি উত্পাদনের জন্য পরিণত হয়েছে।চলুন বিস্তারিতভাবে বিভিন্ন উত্পাদন প্রক্রিয়া দেখুন;

1.          সিএনসি-মেশিনিং

সিএনসি মেশিনিং দিয়ে তৈরি হিট সিঙ্ক

সিএনসি মেশিনিংজটিল আকারের জন্য তাপ-সিঙ্ক উত্পাদনের জন্য সর্বোত্তম পদ্ধতি।এই পদ্ধতিটি ডিজাইনারদের অনেক নমনীয়তা দেয়।সিঙ্ক তৈরি করতে ধাতুর একটি সম্পূর্ণ ব্লক ব্যবহার করা হয় যেখানে প্রয়োজনীয় পাখনা CNC মেশিন দিয়ে কেটে ব্লকের গোড়া থেকে বাঁকানো হয়।যাইহোক, এটি একটি সময়সাপেক্ষ এবং উচ্চ খরচ পদ্ধতি।

2.          এক্সট্রুশন

তাপ সিঙ্ক উত্পাদন জন্য সবচেয়ে সাধারণ প্রক্রিয়া একএক্সট্রুশন, যা প্লেটের পাখনা তৈরি করতে উচ্চ-শক্তির ইস্পাত ডাইতে নমনীয় উপাদানের গরম বিলেটগুলি টিপে জড়িত।তারা অ্যালুমিনিয়াম তাপ সিঙ্ক জড়িত অধিকাংশ শীতল অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ব্যবহার করা হয়.অবশ্যই, অ্যালুমিনিয়াম তাপ সিঙ্ক উত্পাদনের জন্য সর্বাধিক ব্যবহৃত উপাদান।

এক্সট্রুশন দিয়ে তৈরি হিট সিঙ্ক 

এটি একটি সস্তা এবং সহজবোধ্য পদ্ধতি।তাপ সিঙ্কগুলি বিভিন্ন অপারেটিং পরিবেশে ব্যবহার করা যেতে পারে।যাইহোক, সর্বাধিক এক্সট্রুশন প্রস্থ সীমাবদ্ধতার কারণে, এটি প্রশস্ত পাখনাযুক্ত তাপ সিঙ্কগুলির সাথে ব্যবহার করা যাবে না।

3.          ঢালাই

কাস্টিং দিয়ে তৈরি হিট সিঙ্ক

মধ্যেঢালাইতাপ-সিঙ্কের,অ্যালুমিনিয়াম, তামা, বা দস্তা সাধারণ উপকরণ।এই প্রক্রিয়ায়, বাছাইকৃত উপকরণের ইঙ্গটগুলিকে প্রথমে গলিয়ে তাপ-সিঙ্কের ডাইতে কিছু চাপ দিয়ে ইনজেকশন দেওয়া হয়।ইনজেকশন করা তরল পদার্থটি ডাইতে শক্ত হওয়ার পরে, এটি মুক্তি পায় এবং পৃষ্ঠের যেকোনো অপূর্ণতা দূর করার জন্য আরও ন্যূনতম মেশিনিং করা হয়।উচ্চ মাত্রার নির্ভুলতার সাথে জটিল আকারগুলি প্রাপ্ত করা ভাল।

4.          কোল্ড-ফোরজিং

হিট সিঙ্ক কোল্ড ফরজিং দিয়ে তৈরি

এটি অ্যালুমিনিয়াম এবং এর সংকর ধাতুগুলির জন্য উপযুক্ত তাপ সিঙ্কগুলির জন্য আরেকটি উচ্চ-নির্ভুলতা উত্পাদন পদ্ধতি।যদিও, এটি তামা এবং ব্রোঞ্জের জন্যও প্রযোজ্য।হিট সিঙ্কের জন্য বৃত্তাকার এবং উপবৃত্তাকার পিন তৈরি করতে কোল্ড ফোরজিং চরম চাপ ব্যবহার করে এবং ঘরের তাপমাত্রায় ধাতব আকৃতিকে বিকৃত করে।উপরন্তু, এটি উচ্চ ঘনত্বের সাথে পাখনা তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়, যা উচ্চ-গতির বায়ুপ্রবাহের পরিস্থিতিতে তাপ স্থানান্তরকে উন্নত করবে।

5.          3D প্রিন্টিং

3D প্রিন্টেড হিট সিঙ্ক

প্রযুক্তিগত অগ্রগতির ফলে তাপ সিঙ্ক তৈরির পদ্ধতি হিসাবে 3D প্রিন্টিংয়ের বিকাশ।পাউডার বেড ফিউশন এবং নির্দেশিত এনার্জি ডিপোজিশন টেকনোলজি হল হিট সিঙ্ক প্রিন্ট করার দুটি সবচেয়ে জনপ্রিয় পদ্ধতি।

6.          স্ট্যাম্পিং

ঠান্ডা স্ট্যাম্পিং দিয়ে তৈরি তাপ সিঙ্ক 

দ্যমুদ্রাঙ্কনপদ্ধতিটি ব্যবহার করা হয় যেখানে পাখনার ভিতরে তাপ পাইপগুলি তৈরি করা প্রয়োজন।তারপর, ধাতব স্ট্রিপগুলি টিপে, পাখনাগুলি উত্পাদিত হয়।যেসব ক্ষেত্রে উচ্চ-গতির স্ট্যাম্পিং প্রযুক্তি ব্যবহার করা হয়, এটি বিশেষ করে ভর উৎপাদনের জন্য কার্যকর।তা সত্ত্বেও দাম বেশি।

উপসংহার

যান্ত্রিক, বৈদ্যুতিক এবং ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলিতে তাপ সিঙ্কগুলি অপরিহার্য।এই নিবন্ধে, আমি ইলেকট্রনিক্স ডিভাইসের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে বিশদ ডিজাইন প্রক্রিয়া এবং উত্পাদনের ওভারভিউ করেছি।তাপ সিঙ্কের নকশা তাপ অপচয়ের হারকে ব্যাপকভাবে প্রভাবিত করে, তাই কর্মক্ষমতা অপ্টিমাইজ করার জন্য প্রতিটি নকশা পদক্ষেপ অনুসরণ করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।তদ্ব্যতীত, ডিজাইন করার পরে তাপীয় সিমুলেশন ব্যবহারিক কাজের দৃশ্যকল্প বুঝতে এবং ডিজাইনের উন্নতি করতে সহায়তা করে।

এখানে ProleanHub-এ, আমাদের এক দশকেরও বেশি অভিজ্ঞতা এবং উন্নত উত্পাদন ইউনিটের ডিজাইনার রয়েছে।আমরা শীর্ষস্থানীয় তাপ সিঙ্ক ডিজাইনিং এবং উত্পাদন পরিষেবা সরবরাহ করি।উপরন্তু, আমাদের যান্ত্রিক প্রকৌশলীরা কার্যকারিতা এবং কর্মক্ষমতা উন্নত করতে নকশা অনুকরণ করে।পরিশেষে, আমাদের মান নিয়ন্ত্রণ বিভাগ প্রতিটি উত্পাদন পদক্ষেপ নিরীক্ষণ করে, তাই আপনাকে আমাদের পরিষেবার মানের সাথে আপস করতে হবে না, যদি আপনার তাপ সিঙ্ক তৈরির প্রয়োজন হয়, শুধুযোগাযোগ করুন.

প্রায়শই জিজ্ঞাসিত প্রশ্নাবলী

আমি কিভাবে তাপ সিঙ্কের দক্ষতা উন্নত করতে পারি?

তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস, পাখনার আকার, আকৃতি এবং বিন্যাস অপ্টিমাইজ করা এবং ফিন ইন্টারফেসের উন্নতি সহ বিভিন্ন উপায়ে দক্ষতা বৃদ্ধি করা যেতে পারে।

তাপ সিঙ্ক জন্য সেরা উপাদান কি?

তাপ সিঙ্ক জন্য সেরা উপকরণ তামা এবং অ্যালুমিনিয়াম alloys হয়.আবার, যদিও, তাপ স্থানান্তর হার তাপ সিঙ্কের ডিজাইনের উপর নির্ভর করে।

তাপ সিঙ্ক কিভাবে কাজ করে?

হিট সিঙ্কগুলি পাখনা সহ তামা এবং অ্যালুমিনিয়ামের মতো উচ্চ তাপ পরিবাহিতা উপাদান থেকে তৈরি করা হয়।এটি উত্তপ্ত উপাদানগুলির সাথে সংযুক্ত হয় এবং তাপ শোষণ করে।তারপর শোষিত তাপ পরিবাহী, পরিচলন বা বিকিরণের মাধ্যমে আশেপাশের পরিবেশে ছড়িয়ে পড়ে।

তাপ সিঙ্ক জন্য নকশা পদক্ষেপ কি কি?

এখানে পদক্ষেপ আছে;

1. উপাদান নির্বাচন
2. আকৃতি, আকার, এবং পাখনার বিন্যাস ঠিক করা
3. সংযুক্তি ফিক্সিং (হিট সিঙ্ক এবং ডিভাইসের উপাদান)
4. পাখনার তাপীয় ইন্টারফেসিং
5. CAD ডিজাইনের থার্মাল সিমুলেশন

হিট সিঙ্কের জন্য সাধারণ উত্পাদন পদ্ধতিগুলি কী কী?

CNC মেশিনিং, ঢালাই, ফোরজিং, স্ট্যাম্পিং, এবং 3D প্রিন্টিং সাধারণ পদ্ধতি।