હીટ સિંક ડિઝાઇન અને ઉત્પાદન પર સંક્ષિપ્ત સમીક્ષા

છેલ્લું અપડેટ: 09/01;વાંચવાનો સમય: 6 મિનિટ

હીટ સિંક

હીટ સિંક એ થર્મોડાયનેમિક ઉપકરણ છે જે યાંત્રિક, વિદ્યુત અને ઇલેક્ટ્રોનિક સિસ્ટમોમાંથી ગરમી દૂર કરે છે.વિવિધ ઉપકરણો અને મશીનોમાં, તે ઉપકરણ અથવા મશીનની કાર્યક્ષમતા જાળવવા માટે તાપમાન શ્રેણીને ચોક્કસ મર્યાદામાં રાખવી જરૂરી છે.અહીં હીટ-સિંકની ભૂમિકા ભજવવામાં આવે છે.ઉદાહરણ તરીકે, વિવિધ ઉદ્યોગોમાં તમારા લેપટોપની ભારે મશીનરીને તેની ગરમીને દૂર કરવાની જરૂર છે.તો વિચારો કે આજની ટેક્નોલોજીની દુનિયામાં તેનો કેટલો વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે.હીટ સિંક ગરમીને નિયંત્રિત માધ્યમ, જેમ કે હવા અથવા પ્રવાહીમાં સ્થાનાંતરિત કરીને વિસર્જન કરે છે, પછી ઉપકરણ અને સ્થાનાંતરિત માધ્યમમાંથી બહાર કાઢવામાં આવે છે.

આ લેખ ટૂંકમાં પસાર થશેહીટ સિંકનું કામ, ડિઝાઇન સ્ટેપ્સ અને મેન્યુફેક્ચરિંગ અભિગમ.

હીટ સિંકનું કામ

હીટ ટ્રાન્સફરનો ફોરિયર કાયદો, જે જણાવે છે કે ગરમી હંમેશા ઊંચા તાપમાનેથી નીચા-તાપમાન માધ્યમમાં વહે છે, તે હીટ સિંક કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તેનો પાયો પૂરો પાડે છે.જ્યારે ઉપકરણો ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે, જે આસપાસની હવા અથવા પ્રવાહી કરતાં વધુ ગરમ હોય છે, તેઓ તે ગરમીને વહન, સંવહન અથવા ક્યારેક રેડિયેશન દ્વારા ઠંડા સંપર્કમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે.

હીટ-સિંકના કામના સ્પષ્ટ ચિત્ર માટે ચાલો નીચેનો ફ્લો-ચાર્ટ જોઈએ;

હીટ-સિંકના કામ માટે ફ્લો-ચાર્ટ

·   નિષ્ક્રિય ગરમી સિંક

નિષ્ક્રિય હીટ સિંક કુદરતી રીતે શોષિત ગરમીને બળ સંવહન વિના આસપાસની હવામાં સ્થાનાંતરિત કરે છે, જેમ કે તેમની આસપાસ પંખો અથવા પાણીનું પરિભ્રમણ.આ સામાન્ય રીતે આકારમાં મોટા હોય છે અને બહારના વાતાવરણના સંપર્કમાં આવતી ફિન એરે ધરાવે છે.

·   સક્રિય હીટ સિંક

સક્રિય હીટ સિંકમાં કુદરતી અભિગમ સિવાયની ગરમીને દૂર કરવા માટે વધારાના પંખા અથવા બ્લોઅર અને પ્રવાહીનો સમાવેશ થાય છે.આ વધારાના સેટઅપ બળજબરીથી સંવહન પ્રક્રિયા દ્વારા ગરમીના વિસર્જનની પ્રક્રિયામાં વધારો કરે છે.ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે પંખો ચાલે છે, ત્યારે તે હવાના વેગમાં વધારો કરે છે અને હીટ સિંકમાંથી ગરમીને આસપાસના આસપાસના વિસ્તારોમાં ઝડપથી ટ્રાન્સફર કરે છે.

થર્મલ પ્રતિકારની ગણતરી

હીટ સિંકની ડિઝાઇન દરમિયાન, કુલ થર્મલ પ્રતિકારની ગણતરી (આર_hs) સંભવિત પ્રદર્શન અને કાર્યક્ષમતાને સમજવામાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે, તેથી ચાલો જોઈએ કે તેની ગણતરી કેવી રીતે કરી શકાય;

R_hs= (ટી_j-T_a/પી) - (આર_th-jc) – આર_I

P= કુલ વિખરાયેલી ગરમી

T_I= ઉપકરણનું મહત્તમ જંકશન તાપમાન 0C પર.

R_th-jc= કેસ થર્મલ પ્રતિકાર માટે જંકશન

T_a= આસપાસની હવાનું તાપમાન⁰C.

R_I= ઇન્ટરફેસ સામગ્રીનો પ્રતિકાર

R_આઈ= (t/L x W x K_I)

t = ઇન્ટરફેસ સામગ્રીની જાડાઈ

K_I=ઇન્ટરફેસ સામગ્રીની થર્મલ વાહકતા

L = ગરમીના સ્ત્રોતની લંબાઈ

W = ગરમીના સ્ત્રોતની પહોળાઈ

હીટ સિંકની ડિઝાઇન

ડિઝાઇનિંગમાં ઘણા પગલાં છે.ચાલો સંક્ષિપ્તમાં તે દરેક પર એક નજર કરીએ.

1.          સામગ્રીની પસંદગી

થર્મલ વાહકતા એ હીટ સિંક સામગ્રીની આવશ્યક લાક્ષણિકતાઓમાંની એક છે કારણ કે તે ગરમ ઉપકરણના ઘટકમાંથી સિંક અને પર્યાવરણમાં ગરમીના ઝડપી પ્રસારણ માટે પરવાનગી આપે છે.

હીટ સિંક બનાવવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતી બે પ્રાથમિક સામગ્રી કોપર અને એલ્યુમિનિયમ એલોય છે.આ એટલા માટે છે કારણ કે તેમની પાસે શક્તિ, કાટ પ્રતિકાર, ટકાઉપણું અને ઉચ્ચ ગરમી વાહકતા જેવા ઉત્તમ યાંત્રિક ગુણો છે.જો કે, તે ખૂબ મોંઘું હોવા છતાં, હીરા (2,000 W/m/k) ઉચ્ચ-પ્રદર્શન અને ચોકસાઇવાળા ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં હીટ સિંક માટે આદર્શ સામગ્રી બની શકે છે.

ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ભાગો ઉપરાંત, લિથિયમ-આયન બેટરીઓ ગરમીનું ઉત્પાદન કરે છે તે જરૂરી છે.આવી સ્થિતિમાં, હીટ સિંક માટે તાંબુ અથવા એલ્યુમિનિયમ શ્રેષ્ઠ સામગ્રી ન હોઈ શકે.

ગરમી વ્યવસ્થાપન માટે ઓટોમોટિવ ઉદ્યોગનું સોલ્યુશન વધુ કલ્પિત વાહકતા કાર્બન ફાઇબર સામગ્રી છે.

2.          ફિન્સની ગોઠવણી અને એરફ્લો

અન્ય પરિબળ જે હીટ સિંકની કામગીરીને અસર કરે છે તે શીતક માધ્યમ છે, જે ગરમીના વિસર્જનના દરને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરે છે.તેથી, હીટ સિંક બનાવતી વખતે, આકાર, કદ અને ફિનની ગોઠવણી ધ્યાનમાં લેવાના મહત્વપૂર્ણ પાસાઓ છે.પેરામેટ્રિક ઓપ્ટિમાઇઝેશન ટેકનિકનો ઉપયોગ એ દર્શાવેલ પ્રતિબંધોને મેચ કરવા અને ડિઝાઇન લક્ષ્યો હાંસલ કરવા માટે આદર્શ પરિમાણ મૂલ્યો શોધવાનો શ્રેષ્ઠ વિકલ્પ છે.

• હવાના પ્રવાહને સુધારવા અને થર્મલ પ્રતિકાર ઘટાડવા માટે ફિન્સ વચ્ચેની જગ્યામાં સુધારો કરો.

• કારણ કે વિશાળ સપાટી વિસ્તાર વહન અને સંવહન હીટ ટ્રાન્સફરમાં વધારો કરે છે, જે ગરમીના વિસર્જનમાં મદદ કરે છે, જાડાઈ અને ઊંચાઈ વધારવાનો વિચાર કરો.

• એક નાનું થર્મલ બાઉન્ડ્રી લેયર બનાવો, અને એરફ્લોની દિશા હીટ સિંક સાથે આદર્શ કોણ પર ફિનની કાર્યક્ષમતા વધારવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવી હતી.

• CAD સાથે ફિન્સની ડિઝાઇન તૈયાર કર્યા પછી, તમે તેની કાર્યક્ષમતાને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે હીટ ટ્રાન્સફર દૃશ્યનું અનુકરણ કરી શકો છો.

3.          હીટ-સિંકનું જોડાણ

ઉપકરણના હીટિંગ તત્વ સાથે સિંક જે રીતે જોડાયેલ છે તે પણ તે કેટલી સારી રીતે કાર્ય કરે છે તેના પર અસર કરે છે.શ્રેષ્ઠ કનેક્ટિંગ પદ્ધતિ પસંદ કરો જે સ્ટેન્ડઓફ સ્પેસર્સ, ફ્લેટ સ્પ્રિંગ ક્લિપ્સ, ઇપોક્સી અને થર્મલ ટેપ વિકલ્પોમાંથી હીટ ટ્રાન્સમિશન રેટને મહત્તમ કરે.

4.          થર્મલ ઇન્ટરફેસ

હીટ સિંકની ખામીઓ અને સપાટીની ખરબચડી થર્મલ સંપર્ક વિસ્તાર અને ઇન્ટરફેસ દબાણમાં ઘટાડો થવાને કારણે થર્મલ પ્રતિકાર વધારવામાં ભૂમિકા ભજવે છે.આ સમસ્યાને દૂર કરવા માટે, થર્મલ ઇન્ટરફેસ સામગ્રી શ્રેષ્ઠ પસંદગી છે.હીટ સિંકની સપાટી પર પ્રવાહી પોલિમર, મીણ, એલ્યુમિનિયમ, ગ્રેફાઇટ અને ટેપનો ઉપયોગ કરવાથી અને ઉપકરણોના હીટિંગ તત્વ થર્મલ પ્રતિકાર ઘટાડે છે.

5.          સિમ્યુલેશન

હીટ-સિંકની કામગીરી વર્ચ્યુઅલ રીતે જોવા માટે ડિઝાઇનનું સિમ્યુલેશન નોંધપાત્ર છે.કમ્પ્યુટર સિમ્યુલેશન સુધારણા માટેનો વિચાર આપે છે અને ડિઝાઇનની પુષ્ટિ કરે છે કે તે જરૂરી એપ્લિકેશનો માટે યોગ્ય છે કે નહીં.

હીટ સિંક માટે ઉત્પાદન પ્રક્રિયા

હીટ સિંકની ડિઝાઇનને થર્મલી સિમ્યુલેટ કર્યા પછી, હવે તે ઉત્પાદન માટે ચાલુ છે.ચાલો વિવિધ ઉત્પાદન પ્રક્રિયાને વિગતવાર જોઈએ;

1.          CNC-મશીનિંગ

CNC મશીનિંગ વડે બનાવેલ હીટ સિંક

CNC મશીનિંગજટિલ આકારો માટે હીટ-સિંક ઉત્પાદન માટે શ્રેષ્ઠ અભિગમ છે.આ અભિગમ ડિઝાઇનરોને ઘણી રાહત આપે છે.સિંક બનાવવા માટે ધાતુના આખા બ્લોકનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે જ્યાં જરૂરી ફિન્સને CNC મશીન વડે કાપવામાં આવે છે અને બ્લોકના પાયાથી વાળવામાં આવે છે.જો કે, તે સમય માંગી લેતી અને ઊંચી કિંમતવાળી પદ્ધતિ છે.

2.          ઉત્તોદન

હીટ સિંક બનાવવા માટેની સૌથી સામાન્ય પ્રક્રિયાઓમાંની એક છેઉત્તોદન, જેમાં પ્લેટ ફિન્સ બનાવવા માટે ઉચ્ચ-શક્તિવાળા સ્ટીલ ડાઇમાં નરમ સામગ્રીના ગરમ બીલેટને દબાવવાનો સમાવેશ થાય છે.તેનો ઉપયોગ એલ્યુમિનિયમ હીટ સિંક સાથે સંકળાયેલા મોટાભાગના ઠંડક માટે થાય છે.અલબત્ત, હીટ સિંકના ઉત્પાદન માટે એલ્યુમિનિયમ સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી સામગ્રી છે.

એક્સ્ટ્રુઝન સાથે બનાવેલ હીટ સિંક 

તે એક સસ્તી અને સીધી પ્રક્રિયા છે.હીટ સિંકનો ઉપયોગ વિવિધ ઓપરેટિંગ વાતાવરણમાં થઈ શકે છે.જો કે, મહત્તમ એક્સટ્રુઝન પહોળાઈના પ્રતિબંધને લીધે, તેનો ઉપયોગ હીટ સિંક સાથે કરી શકાતો નથી જેમાં વિશાળ ફિન્સ હોય છે.

3.          કાસ્ટિંગ

કાસ્ટિંગ સાથે બનાવેલ હીટ સિંક

માંકાસ્ટિંગહીટ-સિંકનું,એલ્યુમિનિયમ, તાંબુ અથવા જસત સામાન્ય સામગ્રી છે.આ પ્રક્રિયામાં, પસંદ કરેલી સામગ્રીના ઇંગોટ્સને પ્રથમ ઓગાળવામાં આવે છે અને થોડા દબાણ સાથે હીટ-સિંકના ડાઇમાં ઇન્જેક્ટ કરવામાં આવે છે.ઇન્જેક્ટેડ પ્રવાહી સામગ્રીને ડાઇમાં મજબૂત કર્યા પછી, તે મુક્ત થાય છે, અને કોઈપણ સપાટીની અપૂર્ણતાને દૂર કરવા માટે વધુ ન્યૂનતમ મશીનિંગ કરવામાં આવે છે.ઉચ્ચ ડિગ્રી ચોકસાઈ સાથે જટિલ આકારો મેળવવાનું શ્રેષ્ઠ છે.

4.          કોલ્ડ-ફોર્જિંગ

કોલ્ડ ફોર્જિંગ સાથે બનાવેલ હીટ સિંક

એલ્યુમિનિયમ અને તેના એલોય માટે યોગ્ય હીટ સિંક માટે તે અન્ય ઉચ્ચ-ચોકસાઇ ઉત્પાદન અભિગમ છે.જો કે, તે તાંબા અને કાંસા માટે પણ લાગુ પડે છે.કોલ્ડ ફોર્જિંગ ભારે દબાણનો ઉપયોગ કરે છે અને હીટ સિંક માટે ગોળાકાર અને લંબગોળ પિન બનાવવા માટે ઓરડાના તાપમાને ધાતુના આકારને વિકૃત કરે છે.વધુમાં, તેનો ઉપયોગ ઉચ્ચ ઘનતા સાથે ફિન્સ બનાવવા માટે થાય છે, જે હાઇ-સ્પીડ એરફ્લોની સ્થિતિમાં હીટ ટ્રાન્સફરને વધારશે.

5.          3D પ્રિન્ટીંગ

3D પ્રિન્ટેડ હીટ સિંક

હીટ સિંક બનાવવાની પદ્ધતિ તરીકે 3D પ્રિન્ટીંગનો વિકાસ તકનીકી પ્રગતિના પરિણામે થયો.પાઉડર બેડ ફ્યુઝન અને ડાયરેક્ટેડ એનર્જી ડિપોઝિશન ટેક્નોલોજી એ હીટ સિંક છાપવાની બે સૌથી લોકપ્રિય પદ્ધતિઓ છે.

6.          મુદ્રાંકન

કોલ્ડ સ્ટેમ્પિંગ સાથે બનાવેલ હીટ સિંક 

આમુદ્રાંકનપદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે જ્યાં ફિન્સની અંદર ગરમીના પાઈપો બાંધવા જરૂરી હોય છે.પછી, મેટલ સ્ટ્રીપ્સને દબાવીને, ફિન્સ ઉત્પન્ન થાય છે.એવા કિસ્સાઓમાં જ્યારે હાઇ-સ્પીડ સ્ટેમ્પિંગ ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, તે ખાસ કરીને સામૂહિક ઉત્પાદન માટે અસરકારક છે.તેમ છતાં, કિંમત ઊંચી છે.

નિષ્કર્ષ

યાંત્રિક, ઇલેક્ટ્રિકલ અને ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં હીટ સિંક આવશ્યક છે.આ લેખમાં, મેં વિગતવાર ડિઝાઇન પ્રક્રિયા અને ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઉપકરણો પર કેન્દ્રિત ઉત્પાદનની ઝાંખી કરી છે.હીટ સિંકની ડિઝાઈન હીટ ડિસીપેશન રેટને ભારે પ્રભાવિત કરે છે, તેથી કામગીરીને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે દરેક ડિઝાઇન સ્ટેપને અનુસરવા માટે નિર્ણાયક છે.વધુમાં, ડિઝાઇનિંગ પછી થર્મલ સિમ્યુલેશન વ્યવહારુ કાર્યકારી દૃશ્યને સમજવામાં અને ડિઝાઇનને સુધારવામાં મદદ કરે છે.

અહીં ProleanHub ખાતે, અમારી પાસે એક દાયકાથી વધુનો અનુભવ અને અદ્યતન ઉત્પાદન એકમો ધરાવતા ડિઝાઇનર્સ છે.અમે ઉચ્ચતમ હીટ સિંક ડિઝાઇનિંગ અને ઉત્પાદન સેવાઓ પ્રદાન કરીએ છીએ.આ ઉપરાંત, અમારા મિકેનિકલ એન્જિનિયરો કાર્યક્ષમતા અને પ્રદર્શનને સુધારવા માટે ડિઝાઇનનું અનુકરણ કરે છે.છેવટે, અમારું ગુણવત્તા નિયંત્રણ વિભાગ ઉત્પાદનના દરેક પગલા પર નજર રાખે છે, તેથી તમારે અમારી સેવાની ગુણવત્તા સાથે સમાધાન કરવાની જરૂર નથી, જો તમને હીટ સિંક ઉત્પાદનની જરૂર હોય, તો માત્રઅમારો સંપર્ક કરો.

FAQ's

હું હીટ સિંકની કાર્યક્ષમતામાં કેવી રીતે સુધારો કરી શકું?

કાર્યક્ષમતા ઘણી રીતે વધારી શકાય છે, જેમાં ગરમીનો પ્રતિકાર ઘટાડવો, ફિનનું કદ, આકાર અને ગોઠવણીને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવી અને ફિન ઇન્ટરફેસને સુધારવાનો સમાવેશ થાય છે.

હીટ સિંક માટે શ્રેષ્ઠ સામગ્રી શું છે?

હીટ સિંક માટે શ્રેષ્ઠ સામગ્રી કોપર અને એલ્યુમિનિયમ એલોય છે.ફરીથી, જોકે, હીટ ટ્રાન્સફર રેટ હીટ સિંકની ડિઝાઇન પર આધાર રાખે છે.

હીટ સિંક કેવી રીતે કામ કરે છે?

હીટ સિંક ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા સામગ્રીમાંથી બનાવવામાં આવે છે જેમ કે કોપર અને એલ્યુમિનિયમ ફિન્સ સાથે.તે ગરમ થયેલા ઘટકો સાથે જોડાય છે અને ગરમીને શોષી લે છે.પછી શોષિત ગરમી વહન, સંવહન અથવા કિરણોત્સર્ગ દ્વારા આસપાસના વાતાવરણમાં વિખેરી નાખે છે.

હીટ સિંક માટે ડિઝાઇન સ્ટેપ્સ શું છે?

અહીં પગલાંઓ છે;

1. સામગ્રીની પસંદગી
2. આકાર, કદ અને ફિન્સની ગોઠવણીનું ફિક્સિંગ
3. જોડાણનું ફિક્સિંગ (હીટ સિંક અને ઉપકરણ ઘટક)
4. ફિન્સનું થર્મલ ઇન્ટરફેસિંગ
5. CAD ડિઝાઇનનું થર્મલ સિમ્યુલેશન

હીટ સિંક માટે સામાન્ય ઉત્પાદન અભિગમો શું છે?

CNC મશીનિંગ, કાસ્ટિંગ, ફોર્જિંગ, સ્ટેમ્પિંગ અને 3D પ્રિન્ટિંગ એ સામાન્ય અભિગમ છે.