ما هو المشتت الحراري؟

الحرارة مشكلة خطيرة في الإلكترونيات. فبدون التحكم المناسب، يمكن أن تتلف الأجزاء وتخفض الأداء. ولهذا السبب فإن المشتت الحراري مهم جداً.

المشتت الحراري عبارة عن قطعة معدنية تساعد في إزالة الحرارة من الجهاز عن طريق امتصاصها ونشرها بعيدًا عن المكونات الحرجة.

في العديد من المشاريع، رأيت في العديد من المشاريع أن ارتفاع درجة الحرارة يحول التصميم الجيد إلى منتج سيء. لهذا السبب أوصي دائمًا بأخذ إدارة الحرارة على محمل الجد.

ما وظيفة المشتت الحراري؟

يمكن أن يؤدي تراكم الحرارة إلى تدمير الإلكترونيات. بدون مساعدة، يمكن أن ترتفع درجة حرارة أجزاء مثل وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات ورقاقات الطاقة بسرعة. المشتت الحراري المناسب يمنع ذلك.

يسحب المشتت الحراري الحرارة بعيداً عن الأجزاء الحساسة وينقلها إلى الهواء، مما يحافظ على برودة النظام واستقراره.

طريقة عملها بسيطة للغاية. عندما تنتج الرقاقة حرارة، فإن المشتت الحراري¹ يلامسها مباشرة. تتدفق الحرارة إلى جسم الحوض المعدني لأن المعادن مثل الألومنيوم والنحاس² يحمل الحرارة بشكل جيد. تسمح مساحة السطح الكبيرة للحوض للهواء بنقل الحرارة بعيداً.

إليك جدول بسيط يوضح كيف تؤثر المواد المختلفة على أداء المشتت الحراري:

يبدأ التصميم الجيد دائماً باختيار المواد. إذا كان الوزن مهمًا، أختار الألومنيوم. إذا كان الأداء هو الهدف الأهم، فقد أختار النحاس، على الرغم من التكلفة الإضافية.

عامل رئيسي آخر هو الشكل. تعمل الزعانف والدبابيس والألواح على زيادة مساحة السطح. مساحة سطح أكبر تعني تبريد أفضل. في بعض الأحيان، أقترح إضافة تدفق هواء بمروحة للأنظمة شديدة السخونة.

ما نوعي المشتت الحراري؟

تحتاج بعض الأجهزة إلى التبريد ولكن لا تحتوي على مروحة بالداخل. والبعض الآخر يحتاج إلى تدفق هواء قسري. اختيار النوع المناسب يحدث فرقاً كبيراً.

النوعان الرئيسيان من المشتتات الحرارية هما السلبي والنشط. تعتمد الخاملة منها على تدفق الهواء الطبيعي؛ أما النشطة فتستخدم المراوح لتعزيز التبريد.

دعونا نفصلها بوضوح:

المشتتات الحرارية السلبية

تستخدم المشتتات الحرارية السلبية الحمل الحراري الطبيعي فقط. فهي لا تحتوي على أجزاء متحركة. يرتفع الهواء بشكل طبيعي عندما يسخن، مما يسحب الحرارة بعيدًا عن الحوض. هذه الطريقة صامتة ولا تحتاج إلى طاقة. وغالبًا ما أوصي بها للأدوات الصغيرة أو التصاميم بدون مروحة.

المشتتات الحرارية النشطة

تضيف المشتتات الحرارية النشطة مروحة. تدفع المروحة الهواء عبر الحوض، مما يجعل إزالة الحرارة أسرع بكثير. هذا الإعداد شائع في أجهزة الكمبيوتر والخوادم والإلكترونيات القوية. على الرغم من أنه يبرد بشكل أفضل، إلا أنه يحتاج أيضًا إلى طاقة إضافية ويمكن أن يتآكل مع مرور الوقت.

إليك جدول سريع للمقارنة بينهما:

يعتمد الاختيار بين هذين النوعين دائمًا على المشروع. إذا كان العميل بحاجة إلى جهاز صامت، فإن السلبي هو الأفضل. أما إذا كانت الطاقة أهم من الصمت، فالجهاز النشط هو الأفضل.

ما الفرق بين المروحة والمبدد الحراري؟

يخلط الكثير من الناس بين المراوح والمشتتات الحرارية. كلاهما يساعدان في التبريد ولكن بطرق مختلفة.

تقوم المروحة بتحريك الهواء لنقل الحرارة بعيدًا بشكل أسرع؛ بينما يقوم المشتت الحراري بتخزين الحرارة ونشرها حتى يتمكن الهواء من إزالتها بسهولة.

إليك نظرة أعمق:

A المشتت الحراري³ هو جزء سلبي. فهو يوضع على مكون ساخن مثل وحدة المعالجة المركزية أو ترانزستور الطاقة. يمتص الحرارة وينشرها على سطح كبير. وبذلك، فإنه يسمح للهواء، حتى وإن كان بطيء الحركة، بإبعاد الحرارة.

أما المروحة، من ناحية أخرى، فهي جزء نشط. فهي تحرّك الهواء عبر المشتت الحراري أو عبر العلبة بأكملها. يزيد تدفق الهواء بشكل أسرع من التبريد. لكن لا يمكن للمروحة وحدها أن تحل محل المشتت الحراري لأن الهواء لديه قدرة حرارية ضعيفة مقارنة بالمعدن.

عندما أقوم بتصميم الأنظمة، غالبًا ما أستخدم كليهما. يمسك المشتت الحراري بالوعة الحرارة ويحتفظ بالحرارة؛ و مروحة⁴ يزيلها بسرعة.

هل تحتاج وحدة المعالجة المركزية إلى مبدد حراري؟

وحدات المعالجة المركزية الحديثة قوية جداً. فهي تقوم بمليارات العمليات الحسابية كل ثانية. ينتج عن هذا القدر الكبير من العمل الكثير من الحرارة.

نعم، أ تحتاج وحدة المعالجة المركزية إلى مشتت حراري⁵ للعمل بأمان؛ فبدونه، يمكن أن ترتفع درجة حرارة وحدة المعالجة المركزية وتتوقف عن العمل أو حتى تتلف.

دعني أشرح لك أكثر قليلاً.

سترتفع وحدة المعالجة المركزية بدون المشتت الحراري بسرعة فوق درجات الحرارة الآمنة. تحتوي معظم وحدات المعالجة المركزية على حماية مدمجة من شأنها أن تبطئ من سرعتها (الاختناق الحراري⁶) أو إغلاقها إذا أصبحت ساخنة للغاية. ولكن الاعتماد على وسائل الحماية هذه فقط أمر خطير.

عندما أقوم ببناء الأنظمة، أبدأ دائماً باختيار مشتت حراري جيد لوحدة المعالجة المركزية. تأتي بعض وحدات المعالجة المركزية مزودة بمشتتات حرارية من المخزون، ولكن بالنسبة للموديلات عالية الأداء، غالباً ما أوصي بأفضلها.

هناك أنواع مختلفة من حلول تبريد وحدة المعالجة المركزية:

• مبردات الهواء: بالوعة حرارية تقليدية + إعدادات مروحة + بالوعة حرارية تقليدية.
• مبردات السوائل: الأنظمة القائمة على الماء التي تنقل الحرارة بشكل أسرع.
• مبردات التبريد السلبي: نادرة لوحدات المعالجة المركزية ولكنها ممكنة للرقائق منخفضة الطاقة للغاية.

لكل طريقة أفضل حالة استخدام خاصة بها. على سبيل المثال، سيحتاج جهاز الألعاب إلى تبريد نشط، وربما حتى تبريد سائل. أما وحدة التحكم الصغيرة المدمجة فقد تعيش على التبريد السلبي.

إليك جدول قرارات بسيط غالباً ما أستخدمه:

باختصار، وحدة المعالجة المركزية بدون مشتت حراري مثل محرك السيارة بدون مبرد. قد يعمل لبضع دقائق، لكنه لن يدوم.

الخاتمة

المشتت الحراري ليس مجرد قطعة معدنية. إنه جزء حيوي للحفاظ على سلامة الأجهزة الحديثة واستقرارها وقوتها.