Isı Gideri (Heat Sink)

İngilizcede heat-sink adı verilen bir cihazın türkçeye çevrilmesi biraz problemli açıkçası. Burada pek yaygınlaşmış bir kullanım söz konusu olmadığından en sağlıklı bir şekilde karşılık bulabilmek için sink kelimesini evye gider olarak düşünecek ve heat-sink için burada ısı gideri kelimesini kullanacağız. Evye veya gider bildiğiniz gibi sıvıyı sadece aktarmaya yararlar. tıpkı şimdi anlatacağım ısı gideri gibi....

Temel Kavramlar

Bu yazımızda ısı giderinin ne olduğunu anlatmaya çalışalım. Isı gideri, ısıl temas (doğrudan veya dolaylı olarak) temelde elektronik komponentler üzerinde oluşan ısıyı emerek ortamdan uzaklaştırmada  devrenin yardımcı öğesi olarak görev gören bir yapıdır. Ciddi bir ısının meydana geldiği tüm uygulamalarda kullanılır. Daha çok gıda veya ilaç soğutma, ısı pompaları, elektronik cihaz ve lazer vb. sistemleri soğutmada kullanılır. 

Isı Gideri (Heat-Sink )

Çalışma Prensibi

Isı giderleri, bir nesne veya cihazın yüksek sıcaklıkta sahip olduğu ısıl enerjisini ,yani ısıyı , daha düşük bir sıcaklıkta bulunan ve daha fazla ısıl kapasitesi olan farklı bir nesneye aktarırlar. Bu hızlı aktarım sayesinde her iki nesne ısıl dengeye ulaşır. Yani sıcaklığı yüksek olan nesnenin sıcaklığı düşerken sıcaklığı düşük olanın sıcaklığı artar. Bu sayede ısı gideri soğutma aygıtı olarak görevini yerine getirmiş olmaktadır.

Bir ısı giderinin etkin iş görmesi bu aktarımın yeterince hızlı olmasına bağlıdır.

En sık kullanılan ısı gideri, pek çok kanatçıklara sahip olan metalik türlerdir. Metalin yüksek ısıl iletkenliği ile kanatçıkların sağladığı büyük yüzey, ısıl enerjinin etkin bir şekilde çevreye yayılmasını ve böylelikle kendisiyle temas halinde olan nesnenin soğumasını kolaylaştırmış olur. 

Sıvıların kullanımı (örnek olarak soğutmada kullanılan soğutucu sıvılar) ve ısıl arayüz malzemesi (elektronik cihazlarda gerçekleştirilen soğutma ) sayesinde ısının ısı giderine verimli şekilde aktarılması sağlanır. Aynı şekilde bir vantilatör/fan ile kanatçıkların arasına soğuk havanın girmesi, ısı taşıyan havanın uzaklaştırılması da son derece faydalı olabilir. 

Yapı ve Kullanılan Malzeme

Bir ısı gideri genellikle bir ya da daha çok düz yüzeye sahip bir taban ve ısının dağıtılmasını kolaylaştırmak üzere hava ile teması artırmak üzere sayısı artırılmış olan kanat benzeri uzantılar veya bir tarağın dişlerine benzeyen uzantılardan meydana gelir. 

Isı gideri durağan bir parça iken fan ısı giderinin üzerinde bir hava akışı sağlayarak daha etkin bir şekilde çalışmasını sağlamaktadır. Bu hava akımı ısınan havayla yer değiştirerek, pasif bir şekilde konveksiyon ile sağlanacak soğutmaya nazaran daha yüksek bir sıcaklık gradyeni (dağılımsal değişim ) elde edilmesini sağlar. 

Isı gideri bakır veya alüminyum alaşım gibi iyi ısıl iletkenlerden yapılır.

Bakır (27 C derecede 401 W/(m*K ısıl iletim katsayılı) alüminyum( 27 C derecede 237 W/(m*K) ısıl iletim katsayılı) ‘dan daha ağır ve pahalı bir malzemedir. Buna karşılık yaklaşık olarak iki kat daha etkin bir şekilde ısıyı iletmektedir. 

Alüminyum ise ekstrüzyon yoluyla saha kolay şekilde şekillendirilmesi ve böylelikle daha girift profilli ısı giderlerinin tasarlanmasını kolaylaştırmaktadır. Isı giderinin temas yüzeyi (taban ) düz ve düzgün olmalıdır ki soğutulacak nesne ile olan temas direnci olabildiğince düşük olsun. 

Sıklıkla ısıl yönden iletken bir yağ ile en üst seviyede ısıl temas sağlanabilmektedir. Böylesi bir yağ içeriğinde, berilyum oksit, alüminyum nitrit vb seramik malzemeler ihtiva edebilir. Buna karşılık bir seçenek olarak, çinko oksit ve koloidal gümüş gibi çok ince bir şekilde bölünmüş metal parçacıklar da içermesi mümkündür. 

Ayrıca ısı gideri, bir kelepçeleme mekanizması, cıvata veya ısıl yapışkanlar yardımıyla da , ısıl iletkenliği artırılmak istenen parçaya irtibatlandırır. 

 Isı Gideri  (Heat-Sink) Olarak Kullanılan Ektrüze Profiller

Isı Giderlerinin Sınıflandırılması

(Aktif Isı Giderleri: Soğutma için güç kaynağı gereken tiplerdir. 

Pasif Isı Giderleri: Bu tipler aktif tiplerin tam tersi mantıkta çalışır. Bir güç kaynağına ihtiyaç duymazlar. Sadece konveksiyon prensibi ile çalışan durağan parçalardır. ) 

Istampa : Bu elektronik cihazları soğutmada kullanılan eski bir tekniktir. Alüminyum veya bakır levhalar/saclar istenen şekli kazandırmak üzere birbirlerine ıstampalanır, yani büyük bir kuvvet altında birbirlerine bitiştirilirler. 

Istampa tip Isı Gideri (Heat-Sink)

Ekstrüzyon: Bunlar ısıyı dağıtmak için iki boyutlu yapılar oluşturan çentik tip ısı giderleridir. 

Ekstrüzyon Tip  Isı Gideri (Heat-Sink)

Eklemli Kanat: Eklemli kanatlar, bir fan ile desteklenmiş , işlemci veya diğer elektronik cihazların ısısını uzaklaştıran ve yüksek performans sergileyen tiplerdir. (Burada eklemli ibaresi uzun veya noktasal uçlu kanatların fabrika ortamında sonradan tabana eklemlendirildiğini göstermekte. )

Eklemli Kanat  Tip  Isı Gideri (Heat-Sink)

Dökme: Bu tipler , kum döküm, oyuk göbekli, döküm ve pres döküm prosesleri ile oluşturulan yüksek yoğunluklu iğne uçlu kanatçıklara sahip olan ve güçlü soğutma kabiliyetine sahip olan tiplerdir. 

Dökme Tip  Isı Gideri (Heat-Sink) 

Katlı Kanat  : Bu tiplerde, epoksi veya lehim ile ısı giderine bağlantılı hale getirilen kanatların yüzey ve hacmi daha da artırılmak üzere katlanır. Bu da beraberinde oldukça iyi bir performans getirmektedir.

  

Katlı Kanat Tip  Isı Gideri (Heat-Sink)