हीट सिंक डिझाइन आणि मॅन्युफॅक्चरिंगचे संक्षिप्त पुनरावलोकन

शेवटचे अपडेट:०९/०१;वाचण्यासाठी वेळ: 6 मिनिटे

उष्णता सिंक

हीट सिंक हे थर्मोडायनामिक उपकरण आहे जे यांत्रिक, इलेक्ट्रिकल आणि इलेक्ट्रॉनिक प्रणालींमधून उष्णता काढून टाकते.विविध उपकरणे आणि यंत्रांमध्ये, त्या उपकरणाची किंवा मशीनची कार्यक्षमता टिकवून ठेवण्यासाठी तापमान श्रेणी विशिष्ट मर्यादेत ठेवणे आवश्यक आहे.येथे हीट-सिंकची भूमिका येते.उदाहरणार्थ, वेगवेगळ्या उद्योगांमध्ये तुमच्या लॅपटॉपच्या वजनदार यंत्रसामुग्रीला त्याची उष्णता नष्ट करणे आवश्यक आहे.त्यामुळे आजच्या तंत्रज्ञानाच्या जगात त्याचा किती प्रमाणात वापर केला जातो याचा विचार करा.हीट सिंक उष्णता वायू किंवा द्रव यांसारख्या नियंत्रित माध्यमात हस्तांतरित करून नष्ट करतात, नंतर उपकरणे आणि हस्तांतरण माध्यमातून बाहेर काढले जातात.

हा लेख थोडक्यात पुढे जाईलहीट सिंकचे काम, डिझाइन पायऱ्या आणि उत्पादन पद्धती.

हीट सिंकचे काम

उष्णता हस्तांतरणाचा फूरियर नियम, ज्यामध्ये असे म्हटले आहे की उष्णता नेहमी उच्च तापमानापासून कमी-तापमानाच्या माध्यमाकडे वाहते, उष्णता सिंक कसे कार्य करते याचा पाया प्रदान करते.उपकरणे उष्णता निर्माण करत असताना, जी सभोवतालच्या हवा किंवा द्रवापेक्षा जास्त गरम असते, ते ती उष्णता वहन, संवहन किंवा कधीकधी किरणोत्सर्गाद्वारे थंड संपर्कात हस्तांतरित करतात.

उष्मा-सिंकच्या कार्याचे स्पष्ट चित्र पाहण्यासाठी खालील फ्लो चार्ट पाहूया;

हीट-सिंकच्या कामासाठी फ्लो चार्ट

·   निष्क्रिय उष्णता बुडते

निष्क्रीय उष्णता सिंक नैसर्गिकरित्या शोषलेली उष्णता सभोवतालच्या हवेमध्ये जबरदस्ती संवहन न करता हस्तांतरित करतात, जसे की पंखा किंवा त्यांच्या सभोवतालचे पाणी अभिसरण.हे सामान्यत: आकाराने मोठे असतात आणि बाहेरील वातावरणाच्या संपर्कात असलेल्या फिन अॅरे असतात.

·   सक्रिय उष्णता सिंक

सक्रिय हीट सिंकमध्ये नैसर्गिक पध्दतीशिवाय उष्णता काढून टाकण्यासाठी अतिरिक्त पंखा किंवा ब्लोअर आणि लिक्विड सेट केले जाते.हे अतिरिक्त सेटअप सक्तीच्या संवहन प्रक्रियेद्वारे उष्णता नष्ट करण्याची प्रक्रिया वाढवते.उदाहरणार्थ, जेव्हा पंखा चालतो तेव्हा तो हवेचा वेग वाढवतो आणि उष्मा सिंकमधून उष्णता त्वरीत सभोवतालच्या वातावरणात स्थानांतरित करतो.

थर्मल प्रतिकारांची गणना

हीट सिंकची रचना करताना, एकूण थर्मल रेझिस्टन्सची गणना (आर._hs) संभाव्य कामगिरी आणि कार्यक्षमता समजून घेण्यात महत्त्वाची भूमिका बजावते, त्यामुळे त्याची गणना कशी करता येईल ते पाहूया;

R_hs= (टी_j-T_a/P) - (आर_th-jc) - आर_I

P= एकूण उधळलेली उष्णता

T_I= यंत्राचे कमाल जंक्शन तापमान 0C.

R_th-jc= केस थर्मल प्रतिकार करण्यासाठी जंक्शन

T_a= सभोवतालचे हवेचे तापमान⁰C.

R_I= इंटरफेस सामग्रीचा प्रतिकार

R_आय= (t/L x W x K_I)

t = इंटरफेस सामग्रीची जाडी

K_I= इंटरफेस सामग्रीची थर्मल चालकता

एल = उष्णता स्त्रोताची लांबी

W = उष्णता स्त्रोताची रुंदी

हीट सिंकची रचना

डिझाइनमध्ये अनेक टप्पे आहेत.चला त्या प्रत्येकावर थोडक्यात एक नजर टाकूया.

1.          सामग्रीची निवड

थर्मल चालकता ही उष्णता सिंक सामग्रीचे एक आवश्यक वैशिष्ट्य आहे कारण ते गरम केलेल्या उपकरणाच्या घटकापासून सिंक आणि वातावरणात उष्णतेचे जलद प्रसारण करण्यास अनुमती देते.

हीट सिंक बनवण्यासाठी वापरले जाणारे दोन प्राथमिक साहित्य तांबे आणि अॅल्युमिनियम मिश्र धातु आहेत.याचे कारण असे की त्यांच्याकडे ताकद, गंज प्रतिकार, टिकाऊपणा आणि उच्च उष्णता चालकता यासारखे उत्कृष्ट यांत्रिक गुण आहेत.तथापि, जरी ते खूपच महाग असले तरी, उच्च-कार्यक्षमता आणि अचूक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये हीट सिंकसाठी डायमंड (2,000 W/m/k) आदर्श सामग्री असू शकते.

इलेक्ट्रॉनिक्स भागांव्यतिरिक्त, लिथियम-आयन बॅटरी उष्णता नष्ट करणे आवश्यक आहे.अशा परिस्थितीत, तांबे किंवा अॅल्युमिनियम हीट सिंकसाठी इष्टतम सामग्री असू शकत नाही.

उष्णता व्यवस्थापनासाठी ऑटोमोटिव्ह इंडस्ट्रीचे सोल्यूशन हे अधिक विलक्षण चालकता कार्बन फायबर सामग्री आहे.

2.          पंखांची व्यवस्था आणि वायुप्रवाह

उष्णता सिंकच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम करणारा आणखी एक घटक म्हणजे शीतलक माध्यम, जे उष्णतेच्या विघटनाच्या दरावर लक्षणीय परिणाम करते.म्हणून, हीट सिंक तयार करताना, आकार, आकार आणि पंखांची मांडणी या महत्त्वाच्या बाबी विचारात घेणे आवश्यक आहे.पॅरामेट्रिक ऑप्टिमायझेशन तंत्र वापरणे हे नमूद केलेल्या निर्बंधांशी जुळण्यासाठी आणि डिझाइन उद्दिष्टे साध्य करण्यासाठी आदर्श पॅरामीटर मूल्ये शोधण्याचा सर्वोत्तम पर्याय आहे.

• हवेचा प्रवाह सुधारण्यासाठी आणि थर्मल प्रतिकार कमी करण्यासाठी पंखांमधील जागा सुधारा.

• कारण मोठ्या पृष्ठभागाच्या क्षेत्रामुळे वहन आणि संवहन उष्णता हस्तांतरण वाढते, ज्यामुळे उष्णता नष्ट होण्यास मदत होते, जाडी आणि उंची वाढविण्याचा विचार करा.

• एक छोटा थर्मल बाउंड्री लेयर तयार करा आणि पंखाची कार्यक्षमता वाढवण्यासाठी हीट सिंकसह हवेच्या प्रवाहाची दिशा आदर्श कोनात तयार केली गेली.

• CAD सह पंखांची रचना तयार केल्यानंतर, आपण त्याची कार्यक्षमता अनुकूल करण्यासाठी उष्णता हस्तांतरण परिस्थितीचे अनुकरण करू शकता.

3.          उष्णता-सिंकची जोड

डिव्हाइसच्या हीटिंग एलिमेंटशी सिंक ज्या प्रकारे जोडला जातो ते किती चांगले कार्य करते यावर देखील परिणाम करते.स्टँडऑफ स्पेसर, फ्लॅट स्प्रिंग क्लिप, इपॉक्सी आणि थर्मल टेप पर्यायांमधून उष्णता प्रसार दर जास्तीत जास्त वाढवणारी सर्वोत्तम कनेक्टिंग पद्धत निवडा.

4.          थर्मल इंटरफेस

थर्मल कॉन्टॅक्ट एरिया आणि इंटरफेस प्रेशर कमी झाल्यामुळे थर्मल रेझिस्टन्स वाढवण्यात हीट सिंकचे दोष आणि पृष्ठभाग खडबडीत भूमिका बजावतात.या समस्येवर मात करण्यासाठी, थर्मल इंटरफेस सामग्री ही सर्वोत्तम निवड आहे.उष्मा सिंकच्या पृष्ठभागावर द्रव पॉलिमर, मेण, अॅल्युमिनियम, ग्रेफाइट आणि टेप वापरणे आणि उपकरणांचे गरम घटक थर्मल प्रतिरोध कमी करतात.

5.          अनुकरण

उष्मा-सिंकचे कार्यप्रदर्शन अक्षरशः पाहण्यासाठी डिझाइनचे अनुकरण महत्त्वपूर्ण आहे.संगणक सिम्युलेशन सुधारणेची कल्पना देते आणि डिझाइनची पुष्टी करते की ते आवश्यक अनुप्रयोगांसाठी योग्य आहे की नाही.

हीट सिंकसाठी उत्पादन प्रक्रिया

उष्णता सिंकच्या डिझाइनचे थर्मली अनुकरण केल्यानंतर, आता ते उत्पादनासाठी वळले आहे.चला विविध उत्पादन प्रक्रिया तपशीलवार पाहू;

1.          सीएनसी-मशीनिंग

सीएनसी मशीनिंगसह बनविलेले हीट सिंक

सीएनसी मशीनिंगजटिल आकारांसाठी उष्णता-सिंक निर्मितीसाठी सर्वोत्तम मार्ग आहे.हा दृष्टिकोन डिझायनर्सना भरपूर लवचिकता देतो.सिंक तयार करण्यासाठी धातूचा एक संपूर्ण ब्लॉक वापरला जातो जेथे आवश्यक पंख सीएनसी मशीनने कापले जातात आणि ब्लॉकच्या पायथ्यापासून वाकले जातात.तथापि, ही एक वेळ घेणारी आणि उच्च खर्चाची पद्धत आहे.

2.          बाहेर काढणे

उष्णता सिंक तयार करण्यासाठी सर्वात सामान्य प्रक्रियांपैकी एक आहेबाहेर काढणे, ज्यामध्ये प्लेट फिन्स तयार करण्यासाठी डक्टाइल मटेरियलच्या गरम बिलेट्सला उच्च-शक्तीच्या स्टील डायमध्ये दाबणे समाविष्ट आहे.ते अॅल्युमिनियम हीट सिंकचा समावेश असलेल्या बहुतेक कूलिंग ऍप्लिकेशन्ससाठी वापरले जातात.अर्थात, हीट सिंक उत्पादनासाठी अॅल्युमिनियम ही सर्वात जास्त वापरली जाणारी सामग्री आहे.

एक्सट्रूजनसह बनविलेले हीट सिंक 

ही एक स्वस्त आणि सरळ प्रक्रिया आहे.हीट सिंक विविध ऑपरेटिंग वातावरणात वापरली जाऊ शकतात.तथापि, जास्तीत जास्त एक्सट्रूझन रुंदीच्या निर्बंधामुळे, हे उष्मा सिंकसह वापरले जाऊ शकत नाही ज्यात विस्तृत पंख आहेत.

3.          कास्टिंग

कास्टिंगसह बनविलेले हीट सिंक

मध्येकास्टिंगउष्णता-सिंकचे,अॅल्युमिनियम, तांबे, किंवा जस्त हे सामान्य साहित्य आहेत.या प्रक्रियेत, निवडलेल्या पदार्थांचे इंगॉट्स प्रथम वितळले जातात आणि उष्मा-सिंकच्या डाईमध्ये काही दाबाने इंजेक्ट केले जातात.इंजेक्टेड द्रव पदार्थ डायमध्ये घट्ट झाल्यानंतर, ते सोडले जाते आणि पृष्ठभागावरील कोणतीही अपूर्णता दूर करण्यासाठी पुढील किमान मशीनिंग केले जाते.उच्च पातळीच्या अचूकतेसह जटिल आकार प्राप्त करणे चांगले आहे.

4.          कोल्ड-फोर्जिंग

कोल्ड फोर्जिंगसह बनविलेले हीट सिंक

अॅल्युमिनियम आणि त्याच्या मिश्र धातुंसाठी योग्य उष्णता सिंकसाठी हा आणखी एक उच्च-परिशुद्धता उत्पादन दृष्टीकोन आहे.तथापि, ते तांबे आणि कांस्यसाठी देखील लागू आहे.कोल्ड फोर्जिंग अति दाबाचा वापर करते आणि उष्णता सिंकसाठी गोल आणि लंबवर्तुळाकार पिन तयार करण्यासाठी खोलीच्या तपमानावर धातूचा आकार विकृत करते.याव्यतिरिक्त, ते उच्च घनतेसह पंख तयार करण्यासाठी वापरले जाते, जे उच्च-गती एअरफ्लो परिस्थितीत उष्णता हस्तांतरण वाढवेल.

5.          3D प्रिंटिंग

3D प्रिंटेड हीट सिंक

तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीमुळे उष्णता सिंक तयार करण्याची पद्धत म्हणून 3D प्रिंटिंगचा विकास झाला.हीट सिंक प्रिंट करण्यासाठी पावडर बेड फ्यूजन आणि डायरेक्‍ट एनर्जी डिपॉझिशन टेक्नॉलॉजी या दोन सर्वात लोकप्रिय पद्धती आहेत.

6.          मुद्रांकन

कोल्ड स्टॅम्पिंगसह बनविलेले उष्णता सिंक 

दमुद्रांकनपंखांच्या आत उष्णता पाईप्स बांधण्यासाठी आवश्यक असेल तेथे पद्धत वापरली जाते.नंतर, धातूच्या पट्ट्या दाबून, पंख तयार होतात.ज्या प्रकरणांमध्ये हाय-स्पीड स्टॅम्पिंग तंत्रज्ञान वापरले जाते, ते वस्तुमान उत्पादनासाठी विशेषतः प्रभावी आहे.तरीही, किंमत जास्त आहे.

निष्कर्ष

यांत्रिक, इलेक्ट्रिकल आणि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये हीट सिंक आवश्यक आहेत.या लेखात, मी तपशीलवार डिझाइन प्रक्रिया आणि इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरणांवर लक्ष केंद्रित केलेल्या उत्पादनाचे विहंगावलोकन केले आहे.हीट सिंकची रचना उष्णतेच्या अपव्यय दरावर खूप प्रभाव पाडते, त्यामुळे कार्यप्रदर्शन अनुकूल करण्यासाठी प्रत्येक डिझाइन पायरीचे अनुसरण करणे महत्त्वाचे आहे.शिवाय, डिझाईन केल्यानंतर थर्मल सिम्युलेशन व्यावहारिक कामकाजाची परिस्थिती समजून घेण्यास आणि डिझाइनमध्ये सुधारणा करण्यास मदत करते.

येथे ProleanHub येथे, आमच्याकडे दशकाहून अधिक अनुभव आणि प्रगत उत्पादन युनिट असलेले डिझाइनर आहेत.आम्ही उत्कृष्ट हीट सिंक डिझाइन आणि उत्पादन सेवा प्रदान करतो.याव्यतिरिक्त, आमचे यांत्रिक अभियंते कार्यक्षमता आणि कार्यप्रदर्शन सुधारण्यासाठी डिझाइनचे अनुकरण करतात.शेवटी, आमचा गुणवत्ता नियंत्रण विभाग उत्पादनाच्या प्रत्येक टप्प्यावर लक्ष ठेवतो, त्यामुळे तुम्हाला आमच्या सेवेच्या गुणवत्तेशी तडजोड करण्याची गरज नाही, जर तुम्हाला हीट सिंक उत्पादनाची गरज असेल तर, फक्तआमच्याशी संपर्क साधा.

वारंवार विचारले जाणारे प्रश्न

मी हीट सिंकची कार्यक्षमता कशी सुधारू शकतो?

उष्णता प्रतिरोधकता कमी करणे, पंखाचा आकार, आकार आणि व्यवस्था इष्टतम करणे आणि फिन इंटरफेस सुधारणे यासह अनेक प्रकारे कार्यक्षमता वाढवता येते.

उष्णता सिंकसाठी सर्वोत्तम सामग्री कोणती आहे?

उष्णता सिंकसाठी सर्वोत्तम सामग्री तांबे आणि अॅल्युमिनियम मिश्र धातु आहेत.पुन्हा, तथापि, उष्णता हस्तांतरण दर हीट सिंकच्या डिझाइनवर अवलंबून असतो.

उष्णता सिंक कसे कार्य करते?

हीट सिंक हे पंख असलेल्या तांबे आणि अॅल्युमिनियमसारख्या उच्च थर्मल चालकता सामग्रीपासून बनवले जातात.ते गरम झालेल्या घटकांशी जोडले जाते आणि उष्णता शोषून घेते.नंतर शोषलेली उष्णता वहन, संवहन किंवा किरणोत्सर्गाद्वारे सभोवतालच्या परिसरात पसरते.

उष्णता सिंकसाठी डिझाइन पायऱ्या काय आहेत?

येथे पायऱ्या आहेत;

1. सामग्रीची निवड
2. आकार, आकार आणि पंखांची व्यवस्था निश्चित करणे
3. संलग्नक निश्चित करणे (हीट सिंक आणि उपकरण घटक)
4. पंखांचे थर्मल इंटरफेसिंग
5. CAD डिझाइनचे थर्मल सिम्युलेशन

हीट सिंकसाठी सामान्य उत्पादन पद्धती काय आहेत?

CNC मशीनिंग, कास्टिंग, फोर्जिंग, स्टॅम्पिंग आणि 3D प्रिंटिंग हे सामान्य पध्दती आहेत.