✍ مدیریت حرارتی الکترونیک هدایت و رایانه‌های پرواز در سامانه‌های موشکی / بخش دوم

🔹️ یکی از فناوری‌های مهم در انتقال حرارت تجهیزات الکترونیکی فشرده، هیت‌پایپ (Heat Pipe) است. این قطعه از یک محفظه مهروموم‌شده، سیال عامل و ساختار مویین تشکیل شده و با استفاده از تغییر فاز سیال، امکان انتقال مؤثر گرما را فراهم می‌کند. در این سازوکار، سیال در ناحیه گرم تبخیر می‌شود، بخار به سمت ناحیه سرد حرکت می‌کند و پس از میعان، گرمای نهان خود را آزاد می‌سازد. سپس مایع از طریق ساختار مویین به ناحیه گرم بازمی‌گردد.

🔹️ مزیت اصلی هیت‌پایپ این است که بدون نیاز به پمپ مکانیکی، امکان انتقال حرارت با اختلاف دمای نسبتاً محدود را فراهم می‌کند. با این حال، ظرفیت انتقال حرارت آن نامحدود نیست و به عواملی مانند طول و قطر محفظه، نوع سیال عامل، ساختار مویین و محدودیت‌های انتقال جرم وابسته است. محدودیت موئینگی (Capillary Limit)، محدودیت جوشش (Boiling Limit) و افت فشار جریان بخار از جمله عواملی هستند که می‌توانند عملکرد این فناوری را محدود کنند. همچنین، شتاب و جهت قرارگیری بر عملکرد برخی طراحی‌ها اثر می‌گذارند؛ بنابراین، بدون قطعه متحرک بودن هیت‌پایپ به معنای عملکرد یکسان آن در تمام شرایط نیست.

🔹️ در کنار این فناوری، طراحی حرارتی بردهای مدار چاپی (PCB) نیز اهمیت زیادی دارد. لایه‌های مسی، ویاس‌های حرارتی (Thermal Vias) و صفحات توزیع‌کننده حرارت می‌توانند گرمای تولیدشده در بخش‌های مختلف برد را در سطح بزرگ‌تری پخش کنند. ویاس‌های حرارتی با ایجاد مسیر هدایت میان لایه‌های مسی، انتقال گرما به سطوح دیگر برد را تسهیل می‌کنند؛ هرچند عملکرد نهایی آن‌ها به قطر، تعداد، ضخامت مس و نحوه اتصال به صفحات حرارتی وابسته است.

🔹️ در بسته‌بندی‌های متراکم مانند BGA، بخشی از گرما از طریق ساختار بسته و اتصالات زیرین منتقل می‌شود. به همین دلیل، طراحی برد به‌تنهایی کافی نیست و نحوه تماس آن با شاسی یا صفحه گرماگیر نیز باید در نظر گرفته شود. اگر مسیر انتقال حرارت از برد به ساختار مکانیکی مقاومت بالایی داشته باشد، حتی استفاده از ویاس‌های حرارتی متعدد نیز نمی‌تواند به‌تنهایی مشکل افزایش دمای قطعه را برطرف کند.

🔹️ موضوع دیگر، کاهش گرما از مبدأ تولید است. مبدل‌های DC–DC، درایورهای توان و مدارهای تغذیه بخشی از انرژی الکتریکی را به گرما تبدیل می‌کنند و هرچه تلفات این مجموعه‌ها بیشتر باشد، بار حرارتی کل افزایش پیدا می‌کند. برای مثال، یک مبدل با توان خروجی 100 W و راندمان 95 درصد، حدود 5.3 W تلفات دارد؛ در حالی که با راندمان 98 درصد، این مقدار به حدود 2 W کاهش پیدا می‌کند.

🔹️ این اختلاف در یک مدار منفرد ممکن است محدود به نظر برسد، اما در مجموعه‌ای از چندین مدار توان و پردازشی، کاهش تلفات می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر بار حرارتی کل داشته باشد. به همین دلیل، راندمان مبدل‌های توان، تلفات کلیدزنی و تلفات هدایتی قطعات نیمه‌رسانا نیز بخشی از مسئله مدیریت حرارتی محسوب می‌شوند.

🔹️ در نهایت، باید توجه داشت که توزیع حرارت به‌اندازه انتقال آن اهمیت دارد. تجمع گرما در یک ناحیه کوچک می‌تواند موجب ایجاد نقطه داغ (Hot Spot) شود، حتی اگر میانگین دمای مجموعه در محدوده مجاز قرار داشته باشد. به همین دلیل، بررسی توزیع دما و مقاومت حرارتی مسیرهای مختلف، در کنار توان تلفاتی قطعات، برای ارزیابی عملکرد حرارتی ضروری است

#تخصصی

@DSSIRAN
☫ تحقیقات راهبردی دفاعی ایران ☫