هیت سینک یا خنک‌کننده قطعه‌ای بسیار مهم و اساسی جهت کاهش گرمای تولیدی قطعات است. هیت سینک که به گرماگیر نیز شناخته می‌شود، بطور گسترده در تهیه و تولید وسایل الکترونیکی که قطعات حساس به افزایش دما دارند، کاربرد دارد. این قطعه قادر است حرارت تولید شده را به‌خود جذب و به‌تدریج آن را از خود دور کرده و اینگونه حرارت را از قطعه الکترونیکی دفع و حرارت قطعه را تحت کنترل داشته باشد. امروزه هیت سینک‌ها در انواع مسی، آلومینیومی، هیبریدی، فعال، غیرفعال و… یافت می‌شوند و ما در این مقاله قصد داریم به مقایسه هیت سینک‌ آلومینیومی و مسی بپردازیم و ببینیم کدام هیت سینک مناسب‌تر است.

در کل هیت سینک‌ها اجزای حیاتی سیستم‌های الکترونیکی به‌شمار می‌روند که وظیفه آن‌ها دفع حرارت تولید شده است. این حرارت اضافی می‌تواند عملکرد دستگاه را مختل کرده و حتی سبب صدمه به آن شود؛ بنابراین انتخاب نوع مناسب هیت سینک از اهمیت بالایی برخوردار است و مقایسه هیت سینک های مسی و آلومینیومی به شما کمک می‌کند تا بهترین هیت سینک را برای دستگاه‌های الکترونیکی خود برگزینید و سبب راندمان بالای سیستم‌های الکترونیک خود شوید. 

هیت سینک چیست؟

Heat sink که به گرماگیر نیز معروف است، نوعی مبدل حرارتی به‌شمار می‌رود که قادر است در المان‌های الکترونیکی یا مکانیکی حرارت تولید شده را کنترل کند. در حقیقت یک هیت سینک سبب جذب حرارت  شده و حرارت را در سیال اطراف خود که معمولا هواست، پراکنده می‌کند و بدین ترتیب از بالا رفتن دمای قطعه ممانعت به‌عمل آورده و مانع آسیب به قطعه می‌شود.

استفاده از یک هیت سینک زمانی بیشترین اهمیت را دارد که قطعات حساس به افزایش دما در مدار یا دستگاه مورد نظر ما وجود داشته باشد؛ بنابراین برای افزایش عملکرد قطعات و به‌طور کلی مدارها ما علاوه بر استفاده از هیت سینک نیاز داریم تا با تفاوت هیت سینک آلومینیومی و مسی آشنا باشیم و با انتخاب هیت سینک صحیح از دستگاه‌های الکترونیکی خود در برابر گرما محافظت کنیم.

هیت سینک آلومینومی چیست و چه کاربردی دارد؟

هیت سینک آلومینیومی نوعی پروفیل آلومینیومی است که از آلومینیوم به‌عنوان ماده اصلی رسانا استفاده می‌کند. هرگاه یک هیت سینک آلومینیومی کنار یک منبع حرارتی قرار بگیرد، قادر است تا حرارت تولید شده را از منبع گرفته و با جذب این حرارت به بدنه خود این گرما و حرارت را به تدریج از خود دور و تخلیه کند. 

مهم‌ترین کاربرد هیت سینک آلومینیومی استفاده از این قطعه برای جذب گرما در قطعات الکترونیکی است تا گرمای اضافی از قطعه دور شود. همچنین در مقایسه هیت سینک های مسی و آلومینیومی می‌توان گفت هیت سینک آلومینیومی به‌دلیل وزن سبک‌تر و کم بودن هزینه تولید آن در برخی موارد بهترین جایگزین هیت سینک مسی محسوب می‌شود. 

هیت سینک مسی چیست؟

هیت سینک مسی همانطور که از نامش پیداست از مس به‌عنوان ماده اصلی رسانا استفاده می‌کند. مس یکی از بهترین هادی‌ها برای انتقال گرما به‌شمار می‌رود و بسیاری از هیت سینک‌های باکیفیت موجود در بازار از مس به‌عنوان ماده اصلی بهره می‌برند.

اولین فاکتور در مقایسه هیت سینک‌ آلومینیومی و مسی ماده اصلی رسانا استفاده شده در این دو هیت سینک است که سبب کاربردهای متفاوت آن‌ها می‌شود. در هیت سینک آلومینیومی از آلومینیوم استفاده می‌کنند تا از آن در کاربردهایی که نیاز به کاهش وزن دارند، بهره ببرند. در هیت سینک مسی نیز از مس استفاده شده تا برای کاربردهای با توان بالاتر قابل استفاده باشد.

کار هیت سینک چیست؟

وظیفه یک هیت سینک در سیستم‌های الکترونیکی این است که هوای گرم را از دستگاه الکترونیکی دور و پراکنده کند. یک هیت سینک مناسب این کار را با افزایش سطح کاری دستگاه و حرکت هوا با دمای کمتر انجام می‌دهد. این کارِ هیت سینک بسیار شبیه به رادیاتور ماشین است و هر دوی این قطعات به جریان هوا نیاز دارند، به‌همین دلیل بهتر است در کنار آن‌ها از فن جهت مکش هوای گرم استفاده شود.

وجود آلومینیوم و مس در ساختار یک هیت سینک است که گرما را از دستگاه شما دور کرده و سبب کاربردهای مختلف هیت سینک خواهد شد. به‌همین دلیل، مقایسه هیت سینک‌ آلومینیومی و مسی به شما کمک خواهد کرد که با توجه به کاربردهای مختلف این دو هیت سینک انتخاب مناسبی داشته باشید. برای نمونه اگر نیاز به خنک کننده قوی دارید، هیت سینک مسی بهتر از هیت سینک آلومینیومی است.

نحوه عملکرد هیت سینک چگونه است؟

نحوه عملکرد همه هیت سینک‌ها به یک شکل بوده و با گرم شدن یک جزء گرما توسط یک ماده رابط حرارتی(TIM) به قطعه هیت سینک یا گرماگیر منتقل و آرام آرام در سراسر هیت سینک توزیع می‌شود. سپس هیت سینک به‌کمک فن گرما را به هوای اطراف خود پخش می‌کند. البته تمام پروسه بیان شده به‌طور همزمان رخ خواهد داد.

یکی از عوامل موثر بر نحوه عملکرد هیت سینک، جنس هیت سینک انتخابی شماست؛ بنابراین اگر قصد دارید استفاده بهینه‎‌ای از قطعات الکترونیکی خود داشته باشید، باید تمام فاکتورهای لازم در مقایسه هیت سینک‌ آلومینیومی و مسی را در نظر بگیرید تا ببینید کدام هیت سینک در دفع گرما موثرتر عمل می‌کند.

هیت سینک ها چه کاربردی دارند؟

قطعاتی نظیر POWER MOSFET و IGBTها ، رله های SSR و همچنین POWER LEDها وجود دارند که در زمان کارکرد تولید گرما می‌کنند و یکی از کاربردهای هیت سینک خنک کردن این قطعات است. همچنین از هیت سینک در انواع منبع تغذیه و ترانس نیز استفاده می‌شود.

از طرفی قطعاتی دیگر نظیر LED، دیود، تریستور، ماژول دیود تریستور، رله الکترونیکی و… در زمان فعالیت و عملکرد خود گرمایی را تولید می‌کنند که برای این قطعات مضر است. بنابراین برای عملکرد بهتر و جلوگیری از خرابی این قطعات از هیت سینک یا خنک کننده استفاده می‌شود.

هیت سینک مسی بهتر است یا آلومینیومی؟

در تفاوت هیت سینک آلومینیومی و مسی می‌توان گفت که هیت سینک مسی به‌علت جذب سریع‌تر گرما یک انتخاب عالی است. این هیت سینک انتقال دمایی خوبی دارد؛ اما چگالی و وزن آن بالابوده و انعطاف کمتری دارد. 

همچنین در مقایسه هیت سینک‌ آلومینیومی و مسی مشاهده می‌شود که هیت سینک آلومینیومی علاوه بر اینکه هدایت حرارتی نسبتا خوبی دارد؛ سبک و ارزان نیز است. در ضمن در طراحی هیت سینک آلومینیومی دفع گرما از طریق تعداد پره یا تیغه فلزی صورت می‌گیرد. 

بررسی انواع هیت سینک

بر اساس موارد مورد استفاده، هیت سینک‌ها به دو مدل مسی و آلومینیومی و بر اساس عملکرد به سه دسته فعال، غیرفعال و هیبریدی قابل تقسیم هستند. هیت سینک‌های مسی عملکرد بسیار عالی در انتقال حرارت دارند و معمولا در سیستم‌هایی که به خنک‌کنندگی قوی نیاز است، استفاده می‌شوند. در مقایسه هیت سینک های مسی و آلومینیومی هیت سینک آلومینیومی به‌دلایل ویژگی‌هایی نظیر وزن سبک و قیمت ارزان‌تر برای افزایش عملکرد و پایداری دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل مناسب‌تر است.

هیت سینک فعال نیز گرما را به روش رسانایی از قطعات الکترونیکی دور می‌کند و فن یا دمنده وظیفه خارج کردن گرما در هیت سینک‌های فعال را انجام می‌دهد. هیت سینک غیرفعال از جریان همرفتی طبیعی برای دور کردن گرما استفاده می‌کند و مزیت مهم این هیت سینک عدم استفاده از برق ثانویه و کاهش استفاده از انرژی به‌شمار می‌رود. هیت سینک هیبریدی ترکیبی از هیت سینک فعال و غیرفعال است و از مکانیزم هر دو مدل جهت کاهش دمای تصاعدی استفاده می‌کند. این هیت سینک از نظر اقتصادی بسیار مقرون به‌صرفه محسوب می‌شود.

انواع هیت سینک بر اساس روش ساخت

با توجه به اینکه روش‌های مختلفی برای ساخت هیت سینک‌ها وجود دارد، انواع هیت سینک بر اساس روش ساخت به موارد اکستروژن، ماشینکاری CNC، ریخته‌گری دایکاست و فورجینگ قابل تقسیم است.

به‌یاد داشته باشید که استفاده درست و مناسب از تجهیزاتی نظیر هیت سینک‍‌ها می‌تواند از خرابی‌های بزرگ و پرهزینه جلوگیری کند؛ به‌همین دلیل نیاز است با توجه به کاربری مورد نظر در صدد تهیه هیت سینک برآیید و همچنین به مقایسه هیت سینک‌ آلومینیومی و مسی توجه ویژه داشته باشید تا علاوه بر پیشگیری از خرابی دستگاه، هزینه‌ها را نیز تا حد امکان کاهش دهید. 

مقایسه هدایت حرارتی آلومینیوم و مس

در مقایسه هیت سینک های مسی و آلومینیومی یکی از مواردی که می‌توان مورد بررسی قرار دارد، مقایسه هدایت حرارتی مس و آلومینیوم است. مس و آلومینیوم دو فلز پرکاربرد در صنایع مختلف و به‌خصوص در سیستم‌های خنک‌کننده الکترونیکی هستند که هر دو هدایت حرارتی بالایی دارند.

اما هدایت حرارتی آلومینیوم خالص نسبت به مس 60 درصد است که این عدد بسیار بالا بوده و آلومینیوم را پس از مس در رده پرمصرف‌ترین فلز در زمینه رسانایی حرارتی قرار می‌دهد. در کل، مس رسانایی بیشتری نسبت به آلومینیوم دارد:

آلومینیوم: 136 [BTU/(hr·ft⋅°F)]

مس: 231 [BTU/(hr·ft⋅°F)]

مقایسه چگالی آلومینیوم و مس

در مقایسه هیت سینک‌ آلومینیومی و مسی عامل دیگری که به ما کمک کند تا انتخاب مناسب‌تری در بین هیت سینک مسی یا آلومینیومی داشته باشیم، مقایسه چگالی مس و آلومینیوم است. با نگاهی به چگالی این دو فلز درخواهیم یافت که مس سنگین‌تر است؛ زیرا چگالی بالاتری نسبت به آلومینیوم دارد.

آلومینیوم تنها حدود 30 درصد چگالی مس را داراست و این نشان از سبک بودن آلومینیوم دارد که یک ویژگی مثبت برای آلومینیوم محسوب می‌شود. در ادامه به چگالی این دو فلز اشاره بیشتری شده است:

چگالی آلومینیوم: 2712 (kg/m3) و چگالی مس: 8940 (kg/m3)

چرا هیت سینک مسی گرما را کندتر از هیت سینک آلومینیومی دفع می کند؟

در انتخاب بین هیت سینک مسی و آلومینیومی و در مقایسه هیت سینک‌ آلومینیومی و مسی باید به این ویژگی نیز توجه داشته باشید که هیت سینک مسی گرما را سریع‌تر از آلومینیوم جذب می‌کند؛ اما در زمان دفع گرما نسبت به آلومینیوم عملکرد کندتری دارد.

رسانایی حرارتی مس 1.69 برابر آلومینیوم است و به‌همین دلیل یک هیت سینک مسی گرما را سریع‌تر از هیت سینک آلومینیومی جذب می‌کند؛ اما ظرفیت گرمایی ویژه مس کمتر از آلومینیوم است و اگر دمای مس یک درجه کاهش یابد، حرارت ساطع شده باید از آلومینیوم کمتر باشد و این یعنی مس باید گرما را زودتر دفع کند؛ اما شاهد چنین پدیده‌ای نیستیم. یک از دلایل این بوده که چگالی آلومینیوم 2.7 کیلوگرم بر متر مکعب و چگالی مس 8.9 کیلوگرم بر متر مکعب است و بنابراین کیفیت مس حدود 3.3 برابر بیشتر از آلومینیوم بوده و ظرفیت حرارتی مس خالص چیزی در حدود نصف بیشتر از آلومینیوم خالص است؛ از این رو زمانی که ظرفیت گرمایی زیاد باشد، اتلاف گرما کند خواهد شد و این دلیلی است که سبب می‌شود هیت سینک مسی حرارت را کندتر از خود دفع کند.

مزایای پوشش مسی جایگزین هیت سینک

یکی از مزایای هیت سینک مسی رسانایی سریع این هیت سینک است. مس در مقایسه با سایر مواد حرارت را بسیار سریع‌تر از قطعات به خود جذب می‌کند. در حقیقت می‌توان گفت پوشش مسی جایگزین هیت سینک حرارت را پخش کرده و گرما را از منبع به یک ماده خنک‌تر نظیر هوا انتقال خواهد داد. 

بیشتر کارشناسان استفاده از هیت سینک مسی را به‌تنهایی پیشنهاد نمی‌کنند. هیت سینک مسی غیرفعال را معمولا با یک فن ساخته شده از یک ماده دیگر ترکیب می‌کنند تا یک هیت سینک فعال به‌دست آید. یک راه حل این مشکل، افزایش دادن پره‌های هیت سینک و نازک کردن آن‌ها است. اینگونه مساحت سطح آن‌ها افزایش یافته و می‌توانند گرما را سریع‌تر دفع کنند.

مقایسه قیمت آلومینیوم و مس

یک عامل دیگر که در مقایسه هیت سینک‌ آلومینیومی و مسی می‌توان آن را مد نظر قرار داد، مقایسه قیمت آلومینیوم و مس است؛ زیرا این تفاوت‌ها تعیین کننده مناسب‌ترین فلز برای کاربردهای مختلفی به‌شمار می‌رود که قرار است از هیت سینک انتخابی خود داشته باشید.

در مقایسه قیمت این دو فلز می‌توان بیان کرد که آلومینیوم بسیار ارزان‌تر از مس است و این فلز با یک سوم هزینه وارد می‌شود. بنابراین انتخاب هیت سینک آلومینیومی یک صرفه‌جویی قابل توجه در هزینه‌های شما محسوب می‌شود.

هیت سینک در صنایع مختلف چه کاربردهایی دارد؟

هیت سینک‌ها جهت کاهش دمای قطعات الکترونیکی و برای بالا بردن عمر و افزایش کارایی این دستگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ اما هیت سینک‌ها در صنایع مختلف دارای کاربردهای دیگری هستند که عبارتند از:

پمپ‌ها و کمپرسورها تجهیزاتی در صنعت پتروشیمی هستند که تولید حرارت می‌کنند و هیت سینک‌ها در خنک‌سازی این تجهیزات و افزایش عمر مفیدشان کمک کننده هستند. همچنین بسیاری از تجهیزات الکترونیکی در پتروشیمی نظیر PLCها، سنسورها و اینورترها نسبت به حرارت و گرما حساس بوده و به کمک هیت سینک می‌توان این تجهیزات را از گرما محافظت کرد.

در فرآیندهای صنعتی همواره به کنترل دما نیاز داریم و هیت سینک در این زمینه بسیار موثر عمل می‌کند و می‌توان به کمک این قطعه به خنک‌سازی شیرآلات کنترل پرداخت. همچنین از هیت سینک جهت خنک‌سازی مبدل‌های حرارتی می‌توان استفاده کرد تا دمای مبدل‌های حرارتی کنترل شود؛ زیرا در فرآیندهای صنعتی کنترل و کاهش دما اهمیت بالایی دارد.

نکات مهم در انتخاب هیت سینک ها

مقایسه هیت سینک‌ های آلومینیومی و مسی یکی از عوامل مهم در انتخاب هیت سینک مناسب است. عوامل موثر دیگر در انتخاب یک هیت سینک اهمیت دارند که در ادامه این مطلب عنوان شده است:

در زمان انتخاب یک هیت سینک به فضای موجود جهت نصب هیت سینک و محدودیت‌های فیزیکی توجه لازم را داشته باشید. همچنین به نوع و کاربرد دستگاه و حرارت تولید شده توسط آن دقت کنید. نکته مهم دیگر این است که توان حرارتی هیت سینک را هم مد نظر داشته باشید؛ زیرا توان حرارتی نشان می‌دهد که قطعه الکترونیکی چه مقدار گرما بر حسب وات تولید می‌کند. نکته مهم دیگر دقت به بودجه است. به بودجه خود برای خرید هیت سینک مناسب دقت کنید و با توجه به ویژگی‌ها و مقایسه هیت سینک مسی و آلومینیومی میزان بودجه خود را قبل از خرید مشخص فرمایید.

جمع بندی

در مقایسه هیت سینک آلومینیومی با هیت سینک مسی می‌توان بیان کرد که هیت سینک‌ مسی عملکرد بسیار بالایی در انتقال حرارت دارد و معمولا در سیستم‌هایی که نیاز به خنک‌کنندگی قوی باشد، کاربردی‌تر است. در مقابل هیت سینک آلومینیومی به‌علت ویژگی‌هایی نظیر قابلیت انعطاف و شکل‌دهی بالا، وزن سبک و قیمت پایین‌تر برای کاربردهای با بودجه محدود، طراحی ساده و هدایت حرارتی کمتر مناسب‌تر هستند.

انتخاب و تهیه هیت سینک مناسب کاملا به نیازهای خاص شما بستگی دارد؛ اما مقایسه هیت سینک‌ آلومینیومی و مسی به شما کمک خواهد کرد با در نظر گرفتن این تفاوت‌ها اقدام به انتخاب هیت سینک مناسب با نیاز خود فرمایید. در کل انتخاب بین هیت سینک مسی و آلومینیومی کار ساده‌ای نیست و شما باید با در نظر گرفتن همه عوامل، نیازها، تفاوت‌ها و بودجه مورد نظر خود اقدام به خرید هیت سینک مناسب برای دستگاه خود کنید.

سوالات متداول

• چرا استفاده از هیت سینک بسیار مهم است؟

به‌دلیل پیشگیری از آسیب به قطعات الکترونیکی و بهبود عملکرد سیستم استفاده از هیت سینک‌ها دارای اهمیت زیادی است.

• چگونه یک هیت سینک مناسب را انتخاب کنیم؟

شما می‌توانید با در نظر گرفتن کاربرد دستگاه، قیمت، فضای موجود، توان حرارتی و همچنین شناخت تفاوت‌های هیت سینک آلومینیومی و مسی بهترین و مناسب‌ترین هیت سینک را برگزینید.

• آیا بدون یک فرد متخصص می‌توانیم هیت سینک را تعویض کنیم؟

بله. در بیشتر موارد می‌توان بدون یک فرد متخصص هیت سینک را تعویض کرد. 

بیشتر بخوانید:

چگونه هیت سینک عمل کنترل دما را انجام می دهد؟