هیت سینک و نقش آن در LED چیست؟

هیت سینک چیست؟

هیت سینک (Heat Sink) به معنای خنک کننده یا گرماگیر می باشد که در تولید تجهیزات گوناگون برای کاهش گرمای تولیدی منبع و کنترل حرارت استفاده می شود.

هیت سینک به طور گسترده ای در تولید وسایل الکترونیک که قطعات حساس به افزایش دما دارند، به کار برده می شود. این قطعه حرارت تولید شده را جذب می کند و به تدریج از خود تخلیه می کند و به این طریق حرارت محصول را کنترل می کنند.

در بردهای الکترونیکی، افزایش دما از مقدار تعیین شده ای که در مشخصات محصولات ذکر می شود، باعث آسیب رسیدن به قطعات و سوختن آنها می شود. به طور معمول قطعات الکترونیکی مانند ترانزیستور، IC ، دیود و LED در اثر فعالیت تولید حرارت می کنند. تولید کنندگان برای افزایش طول عمر و بهبود عملکرد محصولاتشان از خنک کننده ها یا همان هیت سینک ها استفاده می کنند.

البته برای برخی قطعات مانند LED یک هیت سینک داخلی در ساختارشان طراحی شده است که در این مقاله به آن خواهیم پرداخت.

ساختار هیت سینک

برای کاهش حرارت اعمالی به یک قطعه می توان در مسیر آن، از گذاشتن مقاومت های مختلف استفاده کرد.

هیت سینک با استفاده از این روش و خاصیت مقاومت ویژه در مواد، جایگزین مطمئنی برای مقاومت ها است و به خوبی حرارت وارد شده بر محصول را کنترل میکند.

در شکل پایین یک نمونه هیت سینک را مشاهده می کنید.

این قطعه باید از ماده ای که رسانش حرارتی خوبی داشته باشد، ساخته شود و فلزات بهترین گزینه برای این کار می باشند. در ادامه به برخی از این فلزات اشاره می شود:

در بین فلزات، طلا بهترین گزینه است ، اما به دلیل قیمت بالای آن جز در موارد خیلی خاص، از این فلز استفاده نمی شود.

• پس از طلا، مس گزینه مناسبی است ، اما چگالی بالای آن و انعطاف پایین در شکل پذیری، مانع از استفاده از این فلز در ساخت هیت سینک می شود.
• آلومینیوم فلزی سبک و ارزان است که شکل پذیری خوبی دارد و به طور گسترده ای در ساخت هیت سینک به کار برده می شود.

قبل از ساخت هیت سینک های مدرن امروزی، تولید کنندگان در صنایع الکترونیک با نصب ورق و شمش آلومینیوم در کنار بورد، دستگاه را خنک می کردند. با گذشت زمان با استفاده از ایجاد کانال های هوایی و آبی در هیت سینک ها، روش های جدیدی برای خنک کردن بوردها ایجاد شد. فاصله پره ها و  قطر و شکل ظاهری و سایر ویژگی ها مواردی هستند که در نوع طراحی و انتخاب مطرح می شوند. معمولا جهت تبادل بهتر حرارت، بین قطعات و هیت سینک از خمیر سیلیکون استفاده می گردد.

هیت سینک LED

هیت سینکی که داخل LED به کار برده می شود برای جذب و انتقال گرمای حاصل از تابش نور LED و انتقال آن به هیت سینک خارجی می باشد. زیرا حرارت بالا باعث آسیب به فسفر داخل LED می شود که این آسیب باعث کاهش نور خروجی، تغییر رنگ و طول عمر LED می شود. به همین دلیل انتخاب هیت سینک در محصولات روشنایی اهمیت فراوانی در کیفیت نور دارد.

نقش هیت سینک در LED

یکی از مهمترین قطعات لامپ LED قسمت خنک کننده آن می باشد. بر عکس تصور اشتباه بسیاری مبنی بر اینکه لامپ LED حرارت تولید نمی کند، این قطعه الکترونیکی همانند سایر قطعات نیمه هادی هنگام عبور جریان، حرارت تولید می کند که در صورت عدم مدیریت این حرارت تاثیر بدی بر روی عمکرد دیود نورانی خواهد گذاشت.

در مورد LED نکته اینجاست که این تاثیر پس از مدتی خود را نشان خواهد داد و در روز اول مصرف کننده متوجه چیزی نخواهد بود. تولید کنندگان LED در کاتالوگ فنی محصولات خود حداکثر دمای قابل تحمل توسط چیپ LED را ذکر می کنند که اگر این محدوده دما رعایت نگردد باعث افت نور و تغییر رنگ خروجی لامپ می گردد. از طرف دیگر طراحی نامناسب محصول از لحاظ مدیریت گرمایی باعث می گردد که دمای کاری درایور لامپ افزایش یابد و تاثیر منفی آن کاهش طول عمر لامپ می باشد.

از آنجایی که معمولا هیت سینک ها از جنس آلومینیوم می باشند و به نسبت گران قیمت هستند، تولیدکنندگان با احتیاط و صرفه جویی زیادی از آنها استفاده می نمایند، اما به هر حال برای حصول طول عمر مورد نظر محصول، دمای کار باید بر روی نقطه ای تثبیت گردد که از لحاظ دیتاشیت فاکتورهای به کار رفته در آن مجاز باشد که این خود مستلزم طراحی مناسب و علمی و محاسبات دقیق است.

اما یک نکته روشن است: به عنوان مثال یک پروژکتور ال ای دی به خنک کننده نیاز دارد، پس اگر مشاهده کردید که بدنه پروژکتوری داغ نمی شود و حرارت درون آن توسط هیت سینک به بیرون هدایت نمیگردد مطمئن باشید که این پروژکتور دارای طول عمر بالایی نخواهد بود و به مرور زمان میزان و رنگ نور خروجی آن تغییر خواهد کرد، گرچه گرم شدن بدنه نیز به تنهایی دلیل قطعی و کافی برای خوب بودن کیفیت لامپ نمی باشد.