هیت سینک چیست؟ راهنمای جامع خرید هیت سینک

هیت سینک (heatsink) یا سینک حرارتی یک جزء ضروری برای مدیریت گرما و خنک کردن طیف گسترده‌ای از دستگاه‌ها و ماشین‌های الکترونیکی مانند سرور hp است. داشتن اطلاعات در رابطه با انواع هیت سینک باعث می‌شود تا بتوانید به بهترین شکل گرمای غیرضروری را برای دستگاه‌ و ماشین‌های الکترونیکی حذف کنید و آن‌ها را همیشه خنک نگه دارید؛ تا از بروز هرگونه آسیب به عملکرد دستگاه، بر اثر گرما، جلوگیری شود. (پیشتر در مقاله ی گرم شدن بیش از حد سرور به ذکر عوامل ایجاد گرما در سرور پرداختیم). در این مطلب علاوه بر این‌که به‌طور کامل به سوال «هیت سینک چیست؟» پاسخ داده‌ شده است، هر آن‌چه که باید در رابطه با انواع هیت سینک و راهنمای خرید هیت سینک بدانید نیز یاد خواهید گرفت.

هیت سینک چیست؟

دستگاه‌های الکترونیکی مانند رایانه‌ها هنگام کارکردن، گرما تولید می‌کنند. این گرما، اگر به‌درستی مدیریت نشود، می‌تواند باعث داغ شدن بیش از حد CPU و منجر به اختلال در عملکرد آن یا آسیب دائمی به دستگاه شود. همین امر در مورد دستگاه‌ها و ابزارهای الکترونیکی پیشرفته‌تر و کوچک‌تر که قدرتمندتر نیز هستند، صدق می‌کند.(برای اطلاع بیشتر در مورد مکانیسم ایجاد گرما در CPU پیشنهاد می کنیم مقاله ی توان حرارتی در CPU را مطالعه نمایید.) بنابراین وسایل دفع حرارت برای این دستگاه‌ها بسیار ضروری است. یکی از این وسایل هیت سینک (heatsink) است. اما دقیقاً هیت سینک چیست؟

هیت سینک (heatsink) که با نام سینک‌ حرارتی (heat sink) نیز شناخته می‌شود به‌طور گسترده برای خنک کردن قطعات و اجزایی که در هنگام عملکرد گرما تولید می‌کنند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پس ساده‌ترین پاسخ به سوال «هیت سینک چیست؟»  این است که یک قطعه‌ی سخت‌افزاری و الکترونیکی است که از رسانای حرارتی مقاوم ساخته می‌شود و با اتصال به دستگاه‌های الکترونیکی دیگر، انرژی گرمایی ایجاد شده از آن‌ها را، دفع کند.

در واقع می‌توان هیت سینک (heatsink) را با خنک‌کننده‌های الکترونیکی مرتبط دانست که با هدف حذف گرما از اجزای دستگاه‌های الکترونیکی و بهبود عملکرد دستگاه و افزایش طول عمر آن، مورد استفاده قرار می‌گیرد. به‌دلیل این‌که هیت سینک به‌خودی خود فعالیتی ندارد معمولاً با یک فن سرور یا مکانیزم دیگری ترکیب می‌شود تا هوای گرم را از اجزای سخت‌افزاری دور نگه ‌دارد.

کاربرد هیت سینک (heatsink)

به‌طور‌کلی از هیت سینک (heatsink) می‌توان برای هر وسیله‌ای که منبع گرما دارد، صرف‌نظر از مکانیکی، الکتریکی، اصطکاکی، خورشیدی یا هسته‌ای با هدف محافظت از کل سیستم و اجزای آن استفاده کرد. امروزه به‌طور فعال از هیت‌سینک برای وسایل نقلیه، موتورها و رایانه‌ها استفاده می‌شود. همچنین این قطعه به‌عنوان یک راه‌حل عالی برای حذف گرما در منبع تغذیه بدون وقفه (UPS)، کنترل‌های موتور با سرعت متغیر، واحدهای جوشکاری، تجهیزات تصحیح توان و منبع تغذیه لیزری نیز کاربرد دارد.

علاوه بر این در الکترونیک، معمولاً از هیت‌ سینک ها برای کنترل‌کننده‌های وسایل نقلیه الکتریک و خنک‌کننده تجهیزات مخابرات و فناوری اطلاعات نیز استفاده می‌شوند. در واقع کاربردهای هیت‌سینک بسیار گسترده است و از تجهیزات پرقدرت تا دستگاه‌های کوچک الکترونیکی مانند تلفن هوشمند، لپ‌تاپ، سرور و… را شامل می‌شود.

با این‌حال بیشترین کاربرد هیت سینک (heatsink) در پردازنده‌ها است. بسته به اندازه دستگاه، سایز هیت‌سینک‌ها می‌تواند از بزرگ تا هیت‌سینک نانو/میکرو متفاوت باشد. همچنین بسته به بار حرارتی دستگاه مکانیزم ترکیبی آن از فن تا مایع خنک‌کننده متغیر است. معمولاً سینک‌های حرارتی مورد استفاده در رایانه‌ها با عملکرد بالا، مراکز داده، مزرعه‌های سرور و بانک‌های بزرگ با مایعات ترکیب می‌شوند تا علاوه بر این‌که بتوانند گرما را بهتر جذب و دفع کنند، بی‌صدا نیز باشند.

هیت سینک چگونه کار می کند؟

نحوه‌ی عملکرد هیت سینک (heatsink) بسیار ساده و شبیه به یک رادیاتور نصب شده در یک وسیله نقلیه است. رادیاتور گرما را از موتور خودرو خارج می‌کند. به‌طور مشابه نیز یک هیت سینک گرما را از یک قطعه‌ی سخت‌افزاری خارج می‌کند. به‌عنوان مثال گرمای تولید شده از CPU سرور را حذف می‌کند.

مکانیسم عملکرد هیت سینک (heatsink) ارتباط نزدیکی با هدایت حرارتی یا قانون هدایت حرارتی فوریه (Fourier’s law of heat) دارد. براساس این قانون هر زمان که یک شیب دما در یک جسم ایجاد شود، گرما از بخش‌ها‌یی که دمای بالاتر دارند به مناطق پایین‌تر منتقل می‌شود. این شامل برخورد بین مولکول‌های سریع جسم داغ‌تر با مولکول‌های کند، جسم سردتر نیز است؛ که منجر به انتقال انرژی از جسم داغ به جسم سردتر می‌شود. بنابراین یک هیت سینک گرما را از یک قطعه با دمای بالا مانند یک ترانزیستور به محیط با دمای پایین مانند هوا، روغن، آب یا هر محیط مناسب دیگری از طریق رسانش و همرفت منتقل می‌کند.

همان‌طور که در شکل بالا مشاهده می‌کنید، عملکرد هیت سینک از دو بخش هدایت (CONDUCTION) و انتقال گرما یا همرفت (CONVEVTION) تشکیل می‌شود. در ابتدا گرمای دستگاه از طریق رابط حرارتی به پایه هیت سینک رفته و از طریق تماس مستقیم به باله‌ها به بالا منتقل می‌شود. سپس مولکول‌های هوا به اجبار بین باله‌ها قرار می‌گیرند و گرما از هیت‌سینک برای خروج از دستگاه به بیرون حرکت می‌کند.

در واقع هیت‌سینک‌ها یک هادی حرارتی دارند که جریان هوا گرم را از منبع تولیدکننده گرما به پره‌ها یا پین‌هایی می‌برد که سطح وسیعی را برای پخش گرما در بقیه قسمت‌های کامپیوتر فراهم می‌کند. به‌همین خاطر هیت‌سینک به‌گونه‌ای طراحی می‌شود تا بتواند سطح گرما در تماس با محیط و اطراف آن را در حداکثرترین حالت خنک سازد.

انواع هیت سینک

انواع هیت سینک براساس عملکرد و مواد مورد استفاده برای ساخت در مدل‌های گوناگون وجود دارد.  معمولاً هیت‌سینک‌ها از آلومینیوم یا مس ساخته می‌شوند. هر دو فلز از نظر حرارتی بسیار رسانا هستند و گرما را به‌طور موثر انتقال می‌دهند. با این حال چگالی مس از آلومینیوم بالاتر است و برای برخی از دستگاه‌ها که سبک بودن هیت سینک (heatsink) اهمیت دارد مانند تلفن‌های همراه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

با این حال امروزه برخی از تولیدکنندگان هیت‌سینک در حال ساخت مدل‌های کامپوزیت گرافیت هستند که نسبت به مس و آلومینیوم بسیار سبک‌تر و رسانا‌تر هستند. همچنین در چند سال گذشته، ماده انحصاری جدیدی به نام CarbAl که نوعی نانوتکنولوژی کاربردی است برای ساخت هیت‌سینک مورد توجه قرار گرفته است. این ماده نسبت به بقیه مواد بسیار رساناتر و سبک‌تر است و به‌دلیل ارزش خاصی که دارد عمدتاً برای دستگاه‌های تخصصی و کمپانی‌های بزرگ و حتی ناسا مورد توجه قرار گرفته است.

علاوه بر مواد به کار رفته در هیت سینک (heatsink) انواع هیت سینک براساس عملکرد نیز به سه مدل فعال (active)، غیرفعال (passive) و هیبریدی (Hybrid) دسته‌بندی می‌شود.

هیت سینک فعال (Active heat sink)

معمولاً هیت‌سینک فعال (Active heatsink) برای عملکرد دارای یک دستگاه برقی مانند فن، پمپ آب یا دمنده هوا (air blower) برای افزایش ظرفیت خنک‌کننده است. چنین دستگاه‌هایی که بر روی یک هیت‌ سینک نصب می‌شوند، جریان هوای تازه ثابتی را در سرتاسر دستگاه ایجاد می‌کنند. همچنین برخی از هیت‌سینک‌های فعال از آب یا مایعات دیگر برای انتقال گرما استفاده می‌کنند. هیت‌سینک‌های فعال به‌طور گسترده‌ای به‌عنوان یک سیستم کنترل دما در دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌شوند و عملکرد تراشه‌های مختلف مانند LEDها، آی‌سی‌ها و سایر ماژول‌ها را محافظت و بهبود می‌بخشند.

یکی از مزایای هیت‌سینک‌های فعال این است که از نظر اندازه نسبت به هیت‌سینک‌های غیرفعال کوچک‌تر و فشرده‌تر هستند. هیت‌سینک‌های غیرفعال فن یا وسایل دیگری برای حذف هوای گرم از دستگاه ندارند، بنابراین برای انتقال گرما باید از نظر فیزیکی بزرگتر باشند. همچنین از آنجایی‌که هیت‌سینک‌های فعال به هوای اجباری برای عبور از ناحیه باله‌ها متکی هستند علاوه بر طراحی کوچک‌تر و سبک‌تر از نظر عملکرد نیز کارآمدتر هستند. علاوه بر این هیت سینک فعال به‌راحتی قابل نصب و برداشتن است.

معمولاً از هیت‌سینک فعال برای خنک کردن اجزای رایانه‌ها از جمله CPU و GPU استفاده می‌شود. برای این‌که عملکرد دستگاه بهتر باشد باید حتماً از خمیر حرارتی بین تراشه CPU و قسمت‌هایی که با هیت‌سینک در تماس است، استفاده کنید.

 هیت سینک غیرفعال (Passive heat sink)

همان‌طور که پیش‌تر اشاره کردیم هیت‌سینک غیرفعال برخلاف هیت‌سینک‌ فعال دارای هیچ وسیله‌ای مانند فن نیست و معمولاً سایز آن‌ها نیز بزرگ‌تر است. علت طراحی این مدل هیت‌سینک‌ها بدین‌خاطر است که از سطح اضافی برای بهبود سرمایش حرارتی و ظرفیت بالا حذف گرما استفاده شود. در واقع هدف از استفاده از هیت سینک غیرفعال (Passive heatsink) به جای استفاده از هیت‌سینک فعال، کاهش نویز و از بین بردن خطر گرمای بیش از حد ناشی از خرابی فن است. آن‌ها اغلب در وسایل الکترونیکی با توان کمتر یا ماشین‌آلاتی که به اندازه کافی گرما تولید نمی‌کنند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین این مدل هیت‌ سینک (heatsink) که دارای پره و پین‌های متعدد است، نسبت به مدل فعال قیمتی ارزان‌تر دارد.

هیت سینک هیبریدی (Hybrid heat sinks)

ترکیبی از ویژگی‌های هیت‌سینک فعال و غیرفعال را هیت‌ سینک هیبریدی (Hybrid heat sinks) می‌گویند. این مدل هیت‌سینک که نسبت به دو مدل قبلی کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد، برای عملکرد و خنک‌سازی قطعات الکترونیکی به دما متکی است. در واقع زمانی‌که دستگاه در سطح خنک فعالیت می‌کند، هیت‌سینک تنها به مدیریت و بررسی دما می‌پردازد با بالا رفتن سطح دما و افزایش گرما مکانیسیم خنک‌کننده هیت سینک (heatsink) برای دفع هوای گرم شروع به کار خواهد کرد.

راهنمای خرید هیت سینک سرور

حالا که به‌طور کامل با انواع هیت سینک آشنا شده‌اید و به‌خوبی می‌دانید که هیت سینک چیست، نوبت به راهنمای خرید هیت سینک است. توجه داشته باشید که برای خرید این قطعه تمرکز اصلی باید روی بهبود هدایت حرارتی باشد. اگر در رایانه یا سیستم‌تان فضای زیادی دارید بهتر است به سراغ هیت‌سینک‌های بزرگ‌تر بروید که سطح بیشتری برای اتلاف گرما دارند.

علاوه بر این متریال مورد استفاده در هیت سینک (heatsink) را نیز در خرید آن باید در نظر بگیرید. معمولاً آلومینیوم 3 برابر مس سبک‌تر است و مس دو برابر نسبت به آلومینیوم رسانای گرما است. این دو مورد اساسی‌ترین نکاتی است که در راهنمای خرید هیت سینک باید در نظر بگیرید. ویژگی‌های دیگر مانند نورپردازی RGB، تصاویر پر زرق و برق و… واقعاً ارزش صرف هزینه‌ی اضافی را ندارد.

جمع بندی

یک دستگاه بدون هیت سینک (heatsink) بیشتر از یک دقیقه روشن نخواهد ماند، این در حالی است که اگر بیشتر از این زمان روشن باشد، به احتمال زیاد پردازنده و یا کارت گرافیک از کار خواهد افتاد؛ زیرا سطح گرما باعث آسیب دیدن CPU یا GPU خواهد شد. بنابراین نمی‌توانید از خرید هیت‌ سینک در انواع دستگاه‌ها به‌ویژه رایانه و سرور طرف‌نظر کنید.با این‌حال هنگام انتخاب هیت‌سینک باید عوامل مختلفی از جمله توانایی متریال ساخت برای انتقال گرما (رسانایی گرمایی)، چگالی و البته بودجه‌تان را در نظر بگیرید.