به نظر می‌رسد که ما در حال بازگشت به عصر برنز هستیم. بر اساس یک بیانیه مطبوعاتی، محققان اخیرا چیزی اختراع کردند که می‌تواند قطعات الکترونیکی را به طور موثرتری نسبت به سایر روش‌ها خنک کند؛ با استفاده از یکی از ارزان‌ترین موادی که می‌شناسیم: مس قدیمی خوب.
همه ما شاهد داغ شدن بیش از حد وسایل الکترونیکی خود بوده‌ایم. قطعا خاموش کردن لپ‌تاپ برای خنک کردن آن اتفاق خوشایندی برای ما نیست. نیازی به گفتن نیست که وقتی این اتفاق رخ میدهد. هم برای دستگاه و هم برای محیط اطراف آن خطرناک خواهد بود. مقدار قدرتی که وسایل الکترونیکی ما برای کار کردن به آن نیاز دارند و در نتیجه مقدار گرمایی که تولید می‌کنند، این اختراع جدید، یعنی پوشش مسی جایگزین هیت سینک را بسیار ارزشمند میکند.
افزایش 740 درصدی توان در هر واحد
محققان دانشگاه‌های ایلینوی و کالیفرنیا، اخیرا راهکار جدیدی ابداع کرده‌اند که می‌تواند قطعات کامپیوتر را موثرتر از روش‌های دیگر خنک کند و امکان افزایش 740 درصدی توان هر واحد را فراهم سازد. نتایج این تحقیقات در رسانه نیچر منتشر شده است. پوشش مسی جایگزین هیت سینک در ادامه این تحقیقات کشف شد.
تارک جبرئیل، نویسنده اصلی این تحقیق و دانشجوی PHD مهندسی مکانیک می‌گوید که روش‌های خنک کننده موجود سه مشکل اصلی دارند. آن‌ها معمولا گران هستند و به صورت محدود تولید می‌شوند. به عنوان مثال، هزینه تهیه هیت سینک‌های ساخته شده از الماس بسیار بالاست و هر شرکتی نمی‌تواند از آن استفاده کند.
دوم، در حالی که بیشتر گرما در قسمت زیرین دستگاه‌های الکترونیکی تولید می‌شود، در روش‌های خنک کننده سنتی هیت سینک‌ها در بالای آن قرار می‌گیرند. بنابراین خنک کننده در جایی نیست که باید باشد!
سومین مورد این است که خنک کننده‌های سنتی را نمی‌توان مستقیما روی سطح لوازم الکترونیکی نصب کرد. یک لایه از مواد حرارتی (رابط حرارتی) باید میان آن‌ها قرار بگیرد تا قطعه به خوبی به دستگاه متصل شود. با این حال، انتقال حرارت این ماده بسیار ضعیف است و در نتیجه بر عملکرد حرارتی تاثیر منفی خواهد داشت.
راه حلی برای تمام مشکلات
خوشبختانه، محققان روش جدیدی ارائه کرده‌اند که هر سه مشکل ذکر شده را برطرف میکند. آن‌ها از مس به عنوان ماده اصلی استفاده کرده‌اند که بسیار ارزان است. این پوشش مسی جایگزین هیت سینک بسیار منسجم است و تمام سطوح قطعه را می‌پوشاند به طوری که هیچ ناحیه تولید کننده گرما بدون محافظ باقی نخواهد ماند. در نهایت، این روش جدید نیاز به رابط حرارتی و هیت سینک‌ها را از بین می‌برد. چقدر نوآورانه!
جبرائیل در این باره توضیح داد: «ما در این تحقیق پوشش جدید خود را با هیت سینک‌های استاندارد مقایسه کردیم. آنچه کشف کرده‌ایم این است که می‌توانید با استفاده از این روکش‌های مسی عملکرد حرارتی بسیار مشابه یا حتی بهتری را در مقایسه با هیت سینک‌ها دریافت کنید. همچنین، حذف هیت سینک و رابط حرارتی باعث شده است که این قطعه جدید به طور چشمگیری کوچک‌تر از دستگاه‌های معمولی موجود باشد. بنابراین، پوشش مسی جایگزین هیت سینک مزیت بیشتری در مقایسه با پوشش های دیگر خواهد داشت.
استفاده از مس به جای الماس
شاید دانستن این نکته جالب باشد که چرا مس به عنوان ماده جایگزین انتخاب شده است. مس بسیار ارزان‌تر از الماس است و رسانایی حرارتی نسبتا بالایی دارد. فرآیندهایی که این تیم برای رسوب‌گذاری پوشش مسی جایگزین هیت سینک استفاده کرده‌اند در صنعت الکترونیک بسیار شناخته شده است.
در حال حاضر از آنجایی که مس رسانایی حرارتی بالایی دارد، به طور گسترده در خنک کننده‌های استاندارد و سینک‌های حرارتی استفاده می‌شود و گرما را به طور موثر دفع میکند. ابتدا یک پوشش نازک پلیمری بر روی وسایل الکترونیکی قرار می‌گیرد و سپس پوشش مسی منسجم روی آن اضافه می‌شود. بدیهی است که استفاده از پوشش مسی جایگزین هیت سینک می‌تواند ظاهر لوازم الکترونیکی را به طرز چشمگیری تغییر دهد.
بررسی قابلیت‌های پوشش مسی جایگزین هیت سینک
نویسنده اصلی این تحقیق می‌گوید که اکنون در حال بررسی قابلیت پایداری این پوشش مسی در محیط‌های خاص مانند: آب جوش، سیالات دی الکتریک و محیط‌های با ولتاژ بالا برای مدت طولانی هستند. محققان همچنان در حال ارزیابی اثربخشی این پوشش مسی جایگزین هیت سینک می‌باشند و در آینده نزدیک آن را روی منابع تغذیه و کارت‌های گرافیک نیز آزمایش خواهند کرد. خیلی زود است که بگوییم آیا این نوع فناوری چیزی است که سازندگان قطعات کامپیوتری از آن برای بسته بندی قطعات خود استفاده کنند یا خیر.
هیت سینک مسی یا آلومینیومی؟
هیت سینک مسی به دلیل ظرفیت جذب سریع گرما، یک گزینه محبوب در میان دنیای قطعات کامپیوتری است. پوشش مسی در هیت سینک‌ها عملکرد حرارتی قابل قبولی دارند؛ به خصوص در پردازنده‌های پیشرفته. به طور کلی در تعرفی هیت سینک‌ها باید بگوییم آن‌ها ابزارهایی هستند که بر روی وسایل الکترونیکی یافت می‌شوند تا از گرم شدن بیش از حد آن‌ها جلوگیری کنند. جنس هیت سینک‌های حرارتی معمولا از آلومینیوم یا مس است. و هر کدام مزایای خاص خود را دارند.
آلومینیوم رایج‌ترین ماده برای سینک‌های حرارتی است. به طور خاص، هیت سینک‌های آلومینیومی با نیازهای بیشتر پروژه‌ها مطابقت دارند. این فلز سبک وزن است و رسانایی حرارتی نسبتا خوبی دارد. با وجود خواص حرارتی عالی هیت سینک‌های مسی، معمولا تولیدکنندگان از هیت سینک‌های آلومینیومی استفاده می‌کنند زیرا وزن آن‌ها تقریبا سبک‌تر از ورژن مسی است و قیمت کمتری دارند.
پوشش مسی جایگزین هیت سینک رسانایی حرارتی بهتری نسبت به آلومینیوم دارد. مس یک رسانای عالی است. این فلز گاهی اوقات در مواردی استفاده می‌شود که اهمیت رسانایی حرارتی بیشتر از صرفه جویی در وزن باشد.
مزایای پوشش مسی جایگزین هیت سینک
انواع مختلفی از هیت سینک بسته به هدف و عملکرد مورد نظر آن‌ها موجود می‌باشند. هنگام تجزیه و تحلیل یک پوشش مسی هیت سینک، معمولا آن را با هیت سینک‌های آلومینیومی و نقره ای مقایسه می‌کنند.
یکی از مزیتهای اصلی هیت سینک مسی، رسانایی سریع آن است. مس نسبتا سریعتر از سایر مواد حرارت را از قطعات دریافت میکند. درواقع، پوشش مسی جایگزین هیت سینک حرارت را پخش میکند و گرما را از منبع به یک ماده خنکتر مانند هوا انتقال میدهد. خاصیت رسانایی مس یک مزیت و هم یک عیب است.
رسانایی بالای مس حرارت را به میزان بالایی انتقال میدهد. اکثر کارشناسان استفاده از هیت سینک مسی را به تنهایی توصیه نمی‌کنند. یک هیت سینک مسی غیرفعال اغلب با یک فن ساخته شده از ماده دیگری ترکیب می‌شود تا به یک هیت سینک فعال تبدیل شود. یکی دیگر از راه‌های مقابله با این مشکل، افزایش تعداد پره‌های هیت سینک و نازک کردن آن‌هاست. این کار مساحت سطح آن را افزایش می دهد و گرما را سریعتر دفع میکند.
هیت سینک مناسب را برای نیازهای خود انتخاب کنید
پوشش مسی جایگزین هیت سینک به جذب و دفع گرمای دستگاه‌های الکترونیکی کمک می‌کنند. انواع مناسب هیت سینک را بر اساس نیازها و حجم مورد نیاز خود انتخاب کنید. به یاد داشته باشید که گاهی اوقات برای افزایش دفع گرما به هیت سینک فعال نیاز دارید؛ اما می‌توان از سینک‌های حرارتی غیرفعال بدون قطعات متحرک نیز استفاده کرد. همچنین، هیست سینک آلومینیومی باعث کاهش وزن و هزینه می‌شود، در حالی که مس بالاترین سطح راسانایی حرارتی را ارائه میدهد.
نتیجه گیری
خنک کننده‌ای که این تیم محقق ساخته است در آینده برای خنک کردن موثر دستگاه‌های الکترونیکی قابل استفاده خواهد بود. نکته قابل توجه این است پوشش مسی جایگزین هیت سینک ترکیبی از فرآیندهایی است که در حال حاضر در صنعت الکترونیک استفاده می‌شوند. به همین ترتیب، کاربرد و بهره برداری از آن در دنیای واقعی بسیار آسان‌تر خواهد شد.
