طراحی باله شاخ‌دار می‌تواند راندمان اتلاف حرارت سینک حرارتی باله پین ​​را بهبود بخشد.

طراحی باله شاخ‌دار می‌تواند کارایی اتلاف حرارت سینک حرارتی باله پین ​​را بهبود بخشد.

در سال های اخیر، عملکرد FPGA های پیشرفته به سرعت به ارتفاعات بی سابقه ای رسیده است. متأسفانه، توسعه سریع عملکردها نیز تقاضا برای اتلاف گرما را افزایش داده است. بنابراین، طراحان برای تامین نیازهای خنک کننده کافی برای مدارهای مجتمع، نیاز به هیت سینک های کارآمدتری دارند.

به منظور رفع نیازهای فوق، تامین کنندگان مدیریت حرارتی انواع راه حل های طراحی هیت سینک با کارایی بالا را معرفی کرده اند که می توانند اثر خنک کنندگی قوی تری را تحت ظرفیت معین ارائه دهند. رادیاتور باله ای شاخدار یکی از مهم ترین فناوری هایی است که در سال های اخیر معرفی شده است. این نوع هیت سینک در ابتدا برای خنک کننده FPGA طراحی شده بود و برخی از ویژگی های آن آن را به ویژه برای محیط های معمولی FPGA مناسب می کند.

خنک کننده و مدیریت جریان هوا بهتر.

هیت سینک با پین گشاد شده مجهز به یک سری پین استوانه ای است. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، این پین ها به عنوان باله برای هیت سینک عمل می کنند و به شکلی متمایل به بیرون چیده شده اند. به دلیل ساختار فیزیکی منحصربفرد خود، هیت سینک پین باله ای شاخدار برای محیط های جریان هوا با سرعت کم و متوسط ​​بهینه شده است و می تواند به یک اثر خنک کننده بی سابقه در این محیط دست یابد. جنس این نوع هیت سینک می تواند مس یا آلومینیوم باشد و ردپای آن از 0.54×0.54 اینچ تا 2.05×2.05 اینچ و ارتفاع آن از کمتر از نیم اینچ تا کمی بیش از یک اینچ متغیر است. این اندازه می تواند نیازهای اندازه های مختلف FPGA را برآورده کند.

هیت سینک باله ای شاخدار شکل مشتق شده از هیت سینک سنتی است و باله های سنتی به صورت عمودی چیده شده اند (شکل 2 را ببینید). به منظور درک ویژگی های خنک کننده هیت سینک باله ای شاخدار، ابتدا باید خواص خنک کننده رادیاتور سنتی را درک کنیم. عملکرد خنک کننده هیت سینک سنتی نیز بسیار خوب است که عمدتاً در مقاومت حرارتی کم منعکس می شود. واحد مقاومت حرارتی °C/W است که برای اندازه گیری درجه سانتیگراد (بیشتر از دمای محیط) که دستگاه در هر وات توان مصرف می کند تا باعث افزایش دما شود، استفاده می شود.

مقاومت حرارتی کم هیت سینک های پین فین سنتی عمدتاً به دلیل ویژگی های زیر است: پین های استوانه ای، ساختار همه جهته آرایه پین ​​و سطح بزرگ آن، و هدایت حرارتی بالای پایه و پین ها و غیره. به بهبود کمک می کند. عملکرد هیت سینک در مقایسه با باله های مربع یا مستطیل، پین های استوانه ای مقاومت کمتری در برابر جریان هوا دارند. همراه با ساختار همه جانبه آرایه پین، به جریان هوای اطراف کمک می کند تا به راحتی وارد آرایه پین ​​شده و از آن خارج شود.

برای دستیابی به یک اثر خنک کننده قابل توجه، هیت سینک باید سطح کافی داشته باشد، در غیر این صورت، اگر سطح بسیار کوچک باشد، سینک حرارتی نمی تواند گرمای کافی را دفع کند. در عین حال، اگر مساحت سطح هیت سینک بزرگتر باشد (هرچه پین ​​های بیشتری در آن وجود داشته باشد)، ورود هوای اطراف به آرایه پین ​​دشوارتر می شود. متأسفانه، اگر هیت سینک به طور کامل در معرض جریان هوای اطراف قرار نگیرد، مهم نیست که سطح آن چقدر بزرگ است، نمی تواند گرما را به طور موثر دفع کند.

فاصله پین ​​را بزرگتر کنید تا هوا راحت تر در گردش باشد. سرعت عبور هوا از هیت سینک باید نزدیک به سرعتی باشد که هوا وارد هیت سینک می شود.

با فشرده تر کردن آرایش پین برای افزایش سطح، عملکرد خنک کننده هیت سینک را می توان بهبود بخشید. با این حال، انجام این کار جریان هوا را مختل می کند و در نتیجه عملکرد اتلاف گرما را کاهش می دهد. این یک تضاد ذاتی است که تامین کنندگان باید هنگام طراحی سینک های حرارتی پین عمودی با آن مواجه شوند.

با این حال، با خم کردن پین ها به سمت بیرون، پین های شاخ مانند به طور موثر بر تناقض بین سطح و تراکم پین غلبه می کنند. این روش فاصله بین پین ها را در یک ناحیه مشخص به شدت افزایش می دهد.

بنابراین، جریان هوای اطراف می تواند راحت تر وارد آرایه پین ​​شده و از آن خارج شود. سطح هیت سینک با سرعت جریان بیشتری در معرض هوا قرار می گیرد و در نتیجه ظرفیت دفع گرما نیز بسیار افزایش می یابد. این بهبود به ویژه زمانی که سرعت جریان هوا کم باشد قابل توجه است، زیرا هرچه سرعت جریان هوا کندتر باشد، ورود هوای اطراف به آرایه پین ​​هیت سینک دشوارتر می شود. بنابراین هیت سینک پین شیپوری شکل برای محیط هایی با سرعت هوای کم مناسب ترین است.