हीट सिंक डिजाइन और निर्माण पर एक संक्षिप्त समीक्षा

अंतिम अद्यतन:09/01;पढ़ने का समय: 6 मिनट

ताप सिंक

हीट सिंक एक थर्मोडायनामिक डिवाइस है जो मैकेनिकल, इलेक्ट्रिकल और इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम से हीट को हटाता है।विभिन्न उपकरणों और मशीनों में, उस उपकरण या मशीन की कार्यक्षमता को बनाए रखने के लिए तापमान सीमा को एक विशिष्ट सीमा के भीतर रखना आवश्यक है।यहां हीट-सिंक की भूमिका आती है।उदाहरण के लिए, विभिन्न उद्योगों में आपके लैपटॉप की भारी मशीनरी को इसकी गर्मी को खत्म करने की जरूरत है।तो सोचिए आज की टेक्नोलॉजी की दुनिया में इसका कितना व्यापक इस्तेमाल होता है।हीट सिंक गर्मी को एक नियंत्रित माध्यम, जैसे हवा या तरल में स्थानांतरित करके नष्ट कर देता है, फिर उपकरण और स्थानांतरित माध्यम से बाहर निकाल दिया जाता है।

यह लेख संक्षेप में के माध्यम से जाना जाएगाहीट सिंक, डिजाइन स्टेप्स और मैन्युफैक्चरिंग एप्रोच का काम करना।

हीट सिंक का कार्य

ऊष्मा स्थानांतरण का फूरियर नियम, जो बताता है कि ऊष्मा हमेशा उच्च तापमान से निम्न-तापमान माध्यम में प्रवाहित होती है, यह आधार प्रदान करता है कि हीट सिंक कैसे कार्य करता है।जबकि उपकरण गर्मी पैदा करते हैं, जो आसपास की हवा या तरल से अधिक गर्म होती है, वे उस गर्मी को चालन, संवहन, या कभी-कभी विकिरण से कूलर संपर्क में स्थानांतरित करते हैं।

आइए हीट-सिंक के काम करने की स्पष्ट तस्वीर के लिए नीचे दिए गए फ़्लो-चार्ट को देखें;

हीट-सिंक के काम करने के लिए फ्लो-चार्ट

·   निष्क्रिय गर्मी डूब जाती है

निष्क्रिय गर्मी सिंक स्वाभाविक रूप से अवशोषित गर्मी को परिवेशी वायु में बल संवहन के बिना स्थानांतरित करते हैं, जैसे कि उनके चारों ओर एक पंखा या पानी का संचलन।ये आम तौर पर आकार में बड़े होते हैं और बाहरी वातावरण के संपर्क में आने वाली एक अंतिम सरणी होती है।

·   सक्रिय हीट सिंक

सक्रिय हीट सिंक में प्राकृतिक दृष्टिकोण के अलावा गर्मी को दूर करने के लिए अतिरिक्त पंखा या ब्लोअर और लिक्विड सेट होता है।यह अतिरिक्त सेटअप मजबूर संवहन प्रक्रिया द्वारा गर्मी लंपटता प्रक्रिया को बढ़ाता है।उदाहरण के लिए, जब पंखा चलता है, तो यह हवा के वेग को बढ़ाता है और हीट सिंक से आस-पास के परिवेश में गर्मी को जल्दी से स्थानांतरित करता है।

थर्मल प्रतिरोध की गणना

हीट सिंक की डिजाइनिंग के दौरान, कुल थर्मल प्रतिरोध की गणना (R_hs) संभावित प्रदर्शन और दक्षता को समझने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, तो देखते हैं कि इसकी गणना कैसे की जा सकती है;

R_एच= (टी_j-T_a/ पी) - (आर_{गु-जे.सी}) - आर_I

पी = कुल छितरी हुई गर्मी

T_I= 0C पर डिवाइस का अधिकतम जंक्शन तापमान।

R_{गु-जे.सी}= थर्मल प्रतिरोध के मामले में जंक्शन

T_a= परिवेशी वायु तापमान पर⁰C.

R_I= इंटरफ़ेस सामग्री का प्रतिरोध

R_मैं= (टी/एल एक्स डब्ल्यू एक्स के_I)

टी = इंटरफ़ेस सामग्री की मोटाई

K_I= इंटरफ़ेस सामग्री की तापीय चालकता

एल = गर्मी स्रोत की लंबाई

W = ऊष्मा स्रोत की चौड़ाई

हीट सिंक का डिजाइन

डिजाइनिंग में कई चरण होते हैं।आइए उनमें से प्रत्येक को संक्षेप में देखें।

1.          सामग्री का चयन

ऊष्मीय चालकता हीट सिंक सामग्री की आवश्यक विशेषताओं में से एक है क्योंकि यह एक गर्म उपकरण घटक से सिंक और पर्यावरण तक गर्मी के तेजी से संचरण की अनुमति देती है।

हीट सिंक बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली दो प्राथमिक सामग्री तांबा और एल्यूमीनियम मिश्र धातु हैं।ऐसा इसलिए है क्योंकि उनके पास ताकत, संक्षारण प्रतिरोध, स्थायित्व और उच्च तापीय चालकता जैसे उत्कृष्ट यांत्रिक गुण हैं।हालाँकि, हालांकि यह बहुत महंगा है, हीरा (2,000 W/m/k) उच्च-प्रदर्शन और सटीक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में हीट सिंक के लिए आदर्श सामग्री हो सकता है।

इलेक्ट्रॉनिक्स भागों के अलावा, लिथियम-आयन बैटरी गर्मी लंपटता का उत्पादन आवश्यक है।ऐसी स्थिति में, कॉपर या एल्युमीनियम हीट सिंक के लिए इष्टतम सामग्री नहीं हो सकते हैं।

गर्मी प्रबंधन के लिए मोटर वाहन उद्योग का समाधान एक अधिक शानदार चालकता कार्बन फाइबर सामग्री है।

2.          पंखों की व्यवस्था और हवा का प्रवाह

हीट सिंक के प्रदर्शन को प्रभावित करने वाला एक अन्य कारक शीतलक माध्यम है, जो गर्मी के अपव्यय की दर को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है।इसलिए, हीट सिंक का निर्माण करते समय, आकार, आकार और पंखों की व्यवस्था पर विचार करने के लिए महत्वपूर्ण पहलू हैं।वर्णित प्रतिबंधों से मेल खाने और डिजाइन लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए आदर्श पैरामीटर मान खोजने के लिए पैरामीट्रिक ऑप्टिमाइज़ेशन तकनीक का उपयोग करना सबसे अच्छा विकल्प है।

• एयरफ्लो में सुधार और थर्मल प्रतिरोध को कम करने के लिए पंखों के बीच की जगह में सुधार करें।

• क्योंकि एक बड़ा सतह क्षेत्र चालन और संवहन ताप हस्तांतरण को बढ़ाता है, गर्मी अपव्यय में सहायता करता है, मोटाई और ऊंचाई बढ़ाने पर विचार करें।

• एक छोटी थर्मल सीमा परत बनाएं, और एयरफ्लो दिशा को फिन दक्षता बढ़ाने के लिए हीट सिंक के साथ एक आदर्श कोण पर डिजाइन किया गया था।

• सीएडी के साथ पंख डिजाइन तैयार करने के बाद, आप इसकी दक्षता को अनुकूलित करने के लिए गर्मी हस्तांतरण परिदृश्य का अनुकरण कर सकते हैं।

3.          हीट-सिंक का अटैचमेंट

जिस तरह से सिंक डिवाइस के हीटिंग एलीमेंट से जुड़ा है, यह भी प्रभावित करता है कि यह कितनी अच्छी तरह काम करता है।सबसे अच्छी कनेक्टिंग विधि चुनें जो स्टैंडऑफ स्पेसर, फ्लैट स्प्रिंग क्लिप, एपॉक्सी और थर्मल टेप विकल्पों से गर्मी संचरण दर को अधिकतम करती है।

4.          थर्मल इंटरफ़ेस

हीट सिंक के दोष और सतह खुरदरापन थर्मल संपर्क क्षेत्र और इंटरफ़ेस दबाव में कमी के कारण थर्मल प्रतिरोध को बढ़ाने में भूमिका निभाते हैं।इस समस्या को दूर करने के लिए, थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री सबसे अच्छा विकल्प है।तरल पॉलिमर, मोम, एल्यूमीनियम, ग्रेफाइट, और ताप सिंक की सतह पर टेप और उपकरणों के ताप तत्व का उपयोग थर्मल प्रतिरोध को कम करता है।

5.          सिमुलेशन

वस्तुतः हीट-सिंक के प्रदर्शन को देखने के लिए डिज़ाइन का अनुकरण महत्वपूर्ण है।कंप्यूटर सिमुलेशन सुधार के लिए विचार देता है और डिजाइन की पुष्टि करता है कि यह आवश्यक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है या नहीं।

हीट सिंक के लिए निर्माण प्रक्रिया

हीट सिंक के डिजाइन को थर्मल रूप से अनुकरण करने के बाद, अब इसे उत्पादन के लिए चालू कर दिया गया है।आइए विभिन्न निर्माण प्रक्रियाओं को विस्तार से देखें;

1.          सीएनसी मशीनिंग

सीएनसी मशीनिंग के साथ बनाया गया हीट सिंक

सीएनसी मशीनिंगजटिल आकृतियों के लिए हीट-सिंक निर्माण के लिए सबसे अच्छा तरीका है।यह दृष्टिकोण डिजाइनरों को बहुत अधिक लचीलापन देता है।धातु के एक पूरे ब्लॉक का उपयोग सिंक बनाने के लिए किया जाता है जहां आवश्यक फिन्स को सीएनसी मशीनों से काटा जाता है और ब्लॉक के आधार से मोड़ा जाता है।हालांकि, यह एक समय लेने वाली और उच्च लागत वाली विधि है।

2.          बाहर निकालना

हीट सिंक के उत्पादन के लिए सबसे आम प्रक्रियाओं में से एक हैबाहर निकालना, जिसमें प्लेट फिन बनाने के लिए उच्च शक्ति वाले स्टील डाई में तन्य सामग्री के गर्म बिलेट को दबाना शामिल है।वे एल्यूमीनियम हीट सिंक से जुड़े अधिकांश शीतलन अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाते हैं।बेशक, एल्यूमीनियम हीट सिंक उत्पादन के लिए सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली सामग्री है।

एक्सट्रूज़न के साथ बनाया गया हीट सिंक 

यह एक सस्ती और सीधी प्रक्रिया है।हीट सिंक का उपयोग विभिन्न प्रकार के ऑपरेटिंग वातावरण में किया जा सकता है।हालाँकि, अधिकतम एक्सट्रूज़न चौड़ाई प्रतिबंध के कारण, इसका उपयोग उन हीट सिंक के साथ नहीं किया जा सकता है जिनके पास व्यापक पंख हैं।

3.          ढलाई

कास्टिंग के साथ बनाया गया हीट सिंक

मेंकास्टिंगहीट-सिंक का,अल्युमीनियम, तांबा, या जस्ता सामान्य सामग्री हैं।इस प्रक्रिया में, चयनित सामग्रियों के सिल्लियों को पहले पिघलाया जाता है और कुछ दबाव के साथ हीट-सिंक के डाई में इंजेक्ट किया जाता है।इंजेक्ट किए गए तरल पदार्थ को डाई में जमने के बाद, इसे छोड़ दिया जाता है, और किसी भी सतह की खराबी को खत्म करने के लिए न्यूनतम मशीनिंग की जाती है।उच्च स्तर की सटीकता के साथ जटिल आकार प्राप्त करना सबसे अच्छा है।

4.          ठंड में फोर्जिंग

कोल्ड फोर्जिंग से बना हीट सिंक

यह एल्यूमीनियम और इसकी मिश्र धातुओं के लिए उपयुक्त हीट सिंक के लिए एक और उच्च-परिशुद्धता निर्माण दृष्टिकोण है।हालांकि, यह तांबे और कांस्य के लिए भी लागू होता है।कोल्ड फोर्जिंग अत्यधिक दबाव का उपयोग करता है और हीट सिंक के लिए गोल और अण्डाकार पिन बनाने के लिए कमरे के तापमान पर धातु के आकार को विकृत करता है।इसके अलावा, इसका उपयोग उच्च घनत्व वाले पंख बनाने के लिए किया जाता है, जो उच्च गति वाले एयरफ्लो स्थितियों में गर्मी हस्तांतरण को बढ़ाएगा।

5.          3 डी प्रिंटिग

3डी प्रिंटेड हीट सिंक

तकनीकी प्रगति के परिणामस्वरूप हीट सिंक बनाने की विधि के रूप में 3डी प्रिंटिंग का विकास हुआ।हीट सिंक को प्रिंट करने के लिए पाउडर बेड फ्यूजन और डायरेक्टेड एनर्जी डिपोजिशन तकनीक दो सबसे लोकप्रिय तरीके हैं।

6.          मुद्रांकन

कोल्ड स्टैम्पिंग से बना हीट सिंक 

मुद्रांकनविधि का उपयोग किया जाता है जहां पंख के अंदर ताप पाइप का निर्माण करना आवश्यक होता है।फिर, धातु की पट्टियों को दबाकर, पंखों का उत्पादन किया जाता है।ऐसे मामलों में जब हाई-स्पीड स्टैम्पिंग तकनीक का उपयोग किया जाता है, यह बड़े पैमाने पर निर्माण के लिए विशेष रूप से प्रभावी होता है।फिर भी, कीमत अधिक है।

निष्कर्ष

मैकेनिकल, इलेक्ट्रिकल और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में हीट सिंक आवश्यक हैं।इस लेख में, मैंने इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरणों पर केंद्रित विस्तृत डिज़ाइन प्रक्रिया और निर्माण का अवलोकन किया है।हीट सिंक का डिज़ाइन गर्मी लंपटता दर को अत्यधिक प्रभावित करता है, इसलिए प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए प्रत्येक डिज़ाइन चरण का पालन करना महत्वपूर्ण है।इसके अलावा, डिजाइन के बाद थर्मल सिमुलेशन व्यावहारिक कार्य परिदृश्य को समझने और डिजाइन को बेहतर बनाने में मदद करता है।

यहां प्रोलियनहब में हमारे पास एक दशक से अधिक के अनुभव और उन्नत विनिर्माण इकाइयों वाले डिजाइनर हैं।हम शीर्ष पायदान हीट सिंक डिजाइनिंग और निर्माण सेवाएं प्रदान करते हैं।इसके अलावा, हमारे मैकेनिकल इंजीनियर कार्यक्षमता और प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए डिज़ाइन का अनुकरण करते हैं।अंत में, हमारा गुणवत्ता नियंत्रण विभाग प्रत्येक विनिर्माण चरण की निगरानी करता है, इसलिए आपको हमारी सेवा की गुणवत्ता के साथ कोई समझौता नहीं करना है, यदि आपको हीट सिंक निर्माण की आवश्यकता है, तो बससंपर्क करें.

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

मैं हीट सिंक की दक्षता कैसे सुधार सकता हूं?

क्षमता को कई तरीकों से बढ़ाया जा सकता है, जिसमें ताप प्रतिरोध को कम करना, फिन के आकार, आकार और व्यवस्था को अनुकूलित करना और फिन इंटरफेस में सुधार करना शामिल है।

हीट सिंक के लिए सबसे अच्छी सामग्री क्या है?

हीट सिंक के लिए सबसे अच्छी सामग्री तांबा और एल्यूमीनियम मिश्र धातु हैं।फिर भी, गर्मी हस्तांतरण दर गर्मी सिंक के डिजाइन पर निर्भर करती है।

हीट सिंक कैसे काम करता है?

हीट सिंक उच्च तापीय चालकता सामग्री जैसे तांबे और एल्यूमीनियम से पंखों के साथ बनाए जाते हैं।यह गर्म घटकों से जुड़ जाता है और गर्मी को अवशोषित कर लेता है।तब अवशोषित ऊष्मा चालन, संवहन, या विकिरण के माध्यम से परिवेश में फैल जाती है।

हीट सिंक के लिए डिज़ाइन चरण क्या हैं?

यहाँ कदम हैं;

1. सामग्री का चयन
2. पंखों के आकार, आकार और व्यवस्था को ठीक करना
3. अटैचमेंट की फिक्सिंग (हीट सिंक और डिवाइस कंपोनेंट)
4. पंखों का थर्मल इंटरफेसिंग
5. सीएडी डिजाइन का थर्मल सिमुलेशन

हीट सिंक के लिए सामान्य विनिर्माण दृष्टिकोण क्या हैं?

सीएनसी मशीनिंग, कास्टिंग, फोर्जिंग, स्टैम्पिंग और 3डी प्रिंटिंग आम दृष्टिकोण हैं।