विभिन्न अनुप्रयोगों में, हीट सिंक के लिए इष्टतम समाधान के संबंध में इंजीनियरिंग निर्णय लागत और प्रदर्शन पर निर्भर हो सकते हैं। सिद्धांत रूप में, प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए सबसे कम लागत वाला उत्पाद प्राप्त करना आसान लगता है। वास्तव में, ग्राहक अक्सर उच्च कीमतों का सामना करने पर प्रदर्शन विनिर्देशों को बदलना (विभिन्न चिप्स का उपयोग करना) या कुछ प्रदर्शन (जैसे शर्तों के आधार पर चिप्स को खराब करना) का त्याग करना चुनते हैं।
यह आलेख प्रदर्शन और लागत संकेतकों के लिए हीट पाइप/वाष्प कक्ष के आधार पर कई हीट सिंक की तुलना करता है:
प्रदर्शन: समग्र हीट सिंक प्रदर्शन Δ टी की गणना करने के लिए फ़्लोथर्म सीएफडी सॉफ़्टवेयर पैकेज का उपयोग करें।
लागत: यह मानते हुए कि बैच का आकार काफी बड़ा है, हार्ड मोल्ड की निवेश लागत इकाई मूल्य में प्रतिबिंबित नहीं होगी। इसके अलावा, इकाई मूल्य सबसे कम लागत समाधान (1 गुना, 1.1 गुना, आदि) के सापेक्ष है, क्योंकि बैच आकार बढ़ने से इकाई लागत कम हो जाएगी।
हीटसिंक डिजाइन पैरामीटर
ताप स्रोत शक्ति: 250 वाट
ताप स्रोत का आकार: 30 x 30 मिमी
अधिकतम परिवेश तापमान: 25 डिग्री
वायु प्रवाह दर: 40 घन फीट प्रति मिनट (सीएफएम)
कंडेनसर: स्नैप ऑन फिन आकार 115 * 85 * 65 मिमी
आइए सबसे बुनियादी डिज़ाइन से शुरुआत करें और धीरे-धीरे जटिल प्रक्रियाओं में उतरें और देखें कि प्रदर्शन और लागत डिज़ाइन से कैसे प्रभावित होते हैं।
1. एल्यूमीनियम या तांबा आधारित हीट पाइप हीटसिंक
यू-आकार का एल्यूमीनियम बेस हीट पाइप हीटसिंक
यह हीट पाइप रेडिएटर का सबसे पारंपरिक डिज़ाइन है। चार यू-आकार के ताप पाइपों को एल्यूमीनियम या तांबे के आधार पर वेल्ड किया जाता है और फिर ताप स्रोत के संपर्क में रखा जाता है। ऊष्मा को पहले आधार से गुजरना होगा तभी वे ऊष्मा पाइप तक पहुँच सकते हैं।
झुकने के अलावा, चार 6 मिमी ताप पाइपों पर कोई अन्य माध्यमिक संचालन नहीं किया गया था, हालांकि इस उदाहरण में ताप पाइप और आधार के बीच संपर्क क्षेत्र थोड़ा सपाट है।
एल्यूमिनियम बेस हीट पाइप रेडिएटर की सीएफडी
फ़्लोथर्मल मॉडल से पता चलता है कि हीट सिंक तापमान परिवेश के तापमान (78.9 डिग्री -25 डिग्री =संदर्भ अधिकतम तापमान - परिवेश तापमान) से 53.9 डिग्री अधिक है, और हम इस तापमान को प्रदर्शन बेंचमार्क के रूप में उपयोग करते हैं। एक लागत बेंचमार्क को 1 बार के रूप में परिभाषित किया गया है।
यदि उच्च प्रदर्शन की आवश्यकता है, तो एल्यूमीनियम बेस के बजाय तांबे के बेस का उपयोग किया जा सकता है। कॉपर बेस की तापीय चालकता एल्यूमीनियम बेस की तुलना में दोगुनी है, इसलिए कॉपर बेस के प्रदर्शन में 2.3 डिग्री का सुधार हुआ है। एल्युमीनियम बेस की तुलना में कॉपर बेस डिज़ाइन की लागत 5% बढ़ जाती है, और वजन में भी थोड़ी वृद्धि होती है।
2. सीधा संपर्क हीट पाइप हीटसिंक रेडिएटर
सीधा संपर्क हीट पाइप रेडिएटर
यह डिज़ाइन ताप स्रोत और ताप पाइप के बीच सीधे संपर्क की अनुमति देता है, जिससे ताप अवशोषित आधार और इंटरफ़ेस सामग्री (आधार पर ताप पाइप को सुरक्षित करने के लिए उपयोग किया जाने वाला सोल्डर) समाप्त हो जाता है। हालाँकि, आवश्यक सतह चिकनाई प्राप्त करने के लिए, हीट पाइप को मशीनीकृत (द्वितीयक ऑपरेशन) किया जाना चाहिए।
डायरेक्ट कॉन्टैक्ट हीट पाइप रेडिएटर की सीएफडी
हीट पाइप और हीट स्रोत के बीच सीधे संपर्क के कारण, हीट सिंक के इस डिज़ाइन का प्रदर्शन 49.3 डिग्री तक बेहतर हो गया है, जो बेंचमार्क से 4.6 डिग्री अधिक है और तांबे के आधार का उपयोग करने वाले डिज़ाइन से 2.3 डिग्री अधिक है। हालाँकि, इसके लिए आधार के अतिरिक्त प्रसंस्करण (हीट पाइप के खांचे को एम्बेड करना) और हीट पाइप के प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है, जो बेंचमार्क डिज़ाइन की लागत से 1.1 गुना (10% अधिक महंगा) है।
3. यू-आकार की समान तापमान प्लेट हीट सिंक
यू-आकार की समान तापमान प्लेट हीट सिंक
यह समाधान चार 6 मिमी ताप पाइपों को एक यू-आकार के वाष्प कक्ष से बदल देता है। डिज़ाइन के संदर्भ में, यह सीधे संपर्क वाले हीट पाइप हीट सिंक के समान है, जो दोनों हीट स्रोत सीपीयू को दो-चरण घटकों के साथ सीधे संपर्क में आने की अनुमति देते हैं। इस डिज़ाइन को चुनने के लिए महत्वपूर्ण विचार यह है कि क्या हीट सिंक आपूर्तिकर्ता एक एकीकृत वाष्प कक्ष का निर्माण कर सकता है, क्योंकि पारंपरिक दो-टुकड़े डिज़ाइन को यू-आकार में नहीं मोड़ा जा सकता है।
यू-आकार की समान तापमान प्लेट हीट सिंक की सीएफडी
प्रत्यक्ष संपर्क हीट पाइप डिज़ाइन की तुलना में, वीसी हीटसिंक समाधान के प्रदर्शन में 21.5% (11.6 डिग्री) का सुधार हुआ है, जबकि लागत में केवल 4.55% की वृद्धि हुई है। हालाँकि, वीसी हीटसिंक की दीवार की मोटाई में वृद्धि के परिणामस्वरूप हीटसिंक रेडिएटर के वजन में लगभग 75 ग्राम की वृद्धि हुई।
4. 3डी समान तापमान प्लेट हीट सिंक
3डी समान तापमान प्लेट हीट सिंक
इस डिज़ाइन में, गर्मी को अवशोषित करने वाली निचली प्लेट एक वाष्प कक्ष है जो ऊर्ध्वाधर कंडेनसर हीट पाइप के साथ भाप मार्ग साझा करती है। विनिर्माण चरण के दौरान, 8 खुले प्रकार के ताप पाइपों को खुलेपन के साथ एक वाष्प कक्ष प्लेट में टांक दिया जाता है; वाष्प कक्ष ऊष्मा स्रोत के सीधे संपर्क में है, समान रूप से XY तल के साथ ऊष्मा वितरित करता है, और ऊर्ध्वाधर ऊष्मा पाइपों के माध्यम से पंखों तक ऊष्मा फैलाता है।
वाष्प कक्ष के साथ 3डी हीट सिंक की सीएफडी
इस डिज़ाइन का प्रदर्शन सबसे अच्छा है, लेकिन लागत अधिक है। अपने निकटतम प्रतिद्वंद्वी, यू-आकार के वीसी हीटसिंक प्लेट डिज़ाइन की तुलना में, इसका तापमान लगभग 2 डिग्री कम हो गया है (प्रदर्शन 4.9% बढ़ गया है), लेकिन इसकी कीमत दोगुनी हो गई है (117% की वृद्धि)।
हालाँकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह मामला 3डी वाष्प कक्ष डिज़ाइन के संभावित लाभों को पूरी तरह से उजागर नहीं करता है। जैसे-जैसे आवश्यक निचली प्लेट का आकार बढ़ता है, इस समाधान और यू-आकार के वाष्प कक्ष प्लेट डिज़ाइन के बीच प्रदर्शन अंतर भी बढ़ता है।
सारांश
नीचे दी गई तालिका से पता चलता है कि हीट सिंक की सामग्री या दो-चरण घटकों को बदलने से प्रदर्शन में काफी सुधार हो सकता है। बेंचमार्क एल्यूमीनियम आधारित हीट सिंक से लेकर 3डी वीसी हीटसिंक प्लेट समाधान तक, प्रदर्शन में 17 डिग्री का सुधार हुआ है, लेकिन लागत में 150% की वृद्धि हुई है।
रेडिएटर के प्रदर्शन और लागत की तुलना
आधार को मजबूत तापीय चालकता वाली तांबे की सामग्री से प्रतिस्थापित करके या ताप पाइप को ताप स्रोत के सीधे संपर्क में बनाकर, लगभग 7% -15% का मध्यम प्रदर्शन सुधार और लागत में वृद्धि (बेंचमार्क के सापेक्ष) प्राप्त की जा सकती है। .
अनुप्रयोग मापदंडों को देखते हुए सर्वोत्तम समग्र मूल्य वाला डिज़ाइन वाष्प कक्ष हीट सिंक हो सकता है। हालांकि यह बेंचमार्क कीमत से 15% अधिक महंगा है, लेकिन इसके प्रदर्शन में 28% (15.2 डिग्री तक) सुधार हुआ है।
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