هیت سینک چیست؟ معرفی انواع خنک کننده الکترونیک LED

گرمای زیاد همیشه تهدیدی بزرگ و عاملی آسیب رسان برای دستگاه های الکترونیکی، مخابراتی و روشنایی محسوب می شود؛ قطعات موجود در این دستگاه ها معمولا به دلیل عبور جریان الکتریکی از خود حرارت و گرما تولید می‌کنند؛ این قطعات اغلب تا درجه ی مشخصی از گرما را می توانند تحمل کنند. در صورتی که گرمای تولید شده از این قطعات دفع نشوند طول عمر و کارایی این قطعات بسیار کاهش پیدا می‌کند. با بهره‌گیری از گرمابَر ( هیت سینک ) می‌‎توان این دما را کنترل کرد.

© هرگونه برداشت از داده‌های مجله فروهر تنها با ذکر نام فروهرالکترونیک و لینک مطلب به عنوان منبع مجاز است.

هیت سینک چیست و چه کاربردی دارد؟

یکی از بهترین گزینه ها برای دفع مناسب این گرما استفاده از قطعاتی به نام هیت سینک ( Heatsink ) می باشد. هیت به معنی گرما و سینک به معنی پایین آمدن، نزول کردن و فروکش کردن است.

مهم ترین ویژگی هیت سینک یا همان گرماگیر دفع گرما و خنک کنندگی است. هیت سینک قطعه ای فلزی با رسانای گرمای بالا است که بر روی قطعات الکتریکی یا الکترونیکی نصب می شود و گرما و حرارت تولید شده توسط قطعه را می گیرد، سپس از طریق تبادل حرارتی با محیط اطرف و خنک کاری با هوا (در بعضی مدل ها آب ) گرما و حرارت را کاهش می دهد. حتی در دستگاه‌های گوناگون مبدل ولتاژ یا اینورتر خودرو و صوتی و تصویری از این قطعه بهره برده می‌شود.

ویژگی‌های ظاهری گرمابَر یا هیت سینک

هیت سینک ها در طرح ها و اندازه ها و جنس های مختلفی تولید می شوند. شکل ظاهری هیت سینک طوری طراحی شده است که دارای تعداد زیادی پره ی بلند است؛ گاهی حتی روی این پره ها نیز آج هایی می گذارند تا سطح تماس هیت سینک با هوا بیشتر شود. فاصله ی این پره ها، قطر آن ها و شکل ظاهریشان، در عمل‌کرد آن ها تاثیرگذارند.

جنس فلز هیت سینک و استفاده از فن

تجهیزات خنک کننده شامل فن نیز می‌شود. بعضی از هیت سینک ها قابلیت نصب فن فشار مثبت یا منفی روی خود را نیز دارند. این فن با ایجاد جریان هوایی منظم و مداوم موجب کاهش دما می شود. عواملی مثل هزینه و مقدار گرمایی که باید دفع شود جزو عوامل تاثیرگذار روی انتخاب جنس هیت سینک است. از جمله بهترین فلزهایی که رسانایی گرمایی بالایی دارند طلا، مس و آلومینیوم هستند. طلا به دلیل گران قیمت بودن و مس به دلیل چگالی بالا به ندرت برای ساخت هیت سینک ها به‌کار برده می شوند.

هیت سینک آلومینیومی ارزان

ولی آلمینیوم به دلیل ارزان قیمت بودن و همچنین مقاومت خوبی که در برابر خورگی و رطوبت دارد بهترین گزینه برای ساخت هیت سینک محسوب می شود. برای ساخت هیت سینک ها از آلمینیوم با عدد اتم 13 استفاده می شود. دمای مورد نیاز برای ذوب آلمینیوم 650 درجه ی سانتی گراد است و مدت زمان زیادی طول می کشد تا آلمینیوم به این دما برسد.

از دیگر مزیت های این فلز عدم جذب رطوبت، ترک نخوردن، متورم نشدن، فاسد نشدن و منقبض نشدن است و در مقابل اشعه ی ایکس نیاز به پوشانده شدن ندارد. هیت سینک ها همچنین از نظر جنس و شکل پره و اندازه نیز دسته بندی می شوند؛ برای مثال بعضی از آن ها پره های مسطح دارند ولی برخی دیگر پره های استوانه ای یا پین شکل دارند. انتخاب یک هیت سینک مناسب که توان لازم برای کاهش دما در دستگاه الکترونیکی شما را داشته باشد بسیار حائز اهمیت است؛ زیرا که اگر هیت سینک توان کمی برای دفع گرما داشته باشد به دستگاه شما آسیب می رساند و اگر توان آن نسبت به گرمای تولیدی در دستگاه الکترونیکی شما بالاتر باشد شما هزینه ی اضافه پرداخت کرده اید.

معمولا اینکه یک هیت سینک در دماهای مختلف تولید شده در دستگاه الکترونیکی چه راندمانی داشته است با نمودارهای حرارتی قابل نشان دادن است. از طریق مطابقت دادن اطلاعات نمودار با قطعه ای که نیاز به هیت سینک دارد می توانید هیت سینک مناسبی برای دستگاه خود انتخاب کنید. در زمان های قدیم برای ساخت هیت سینک به روش دستی با استفاده از یک ورق یا شمش فلزی آن را می ساختند که این هیت سینک ها فقط دما را به خاطر ویژگی دفع حرارت در خود فلز کاهش می دادند. اما امروزه با پیشرفت تکنولوژی و صنعت از روش های مدرنی برای ساخت هیت سینک ها استفاده می شود؛ از جمله این روش ها می توان به روش دایکاست یا اکسترود که به روش تزریقی (INJECTION) نیز شناخته می شوند، اشاره کرد.

لینک: فروش اینترنتی هیت سینک

روش ساخت Heat Sink

در این روش مثل ریخته گری، ابتدا فلز آلمینیوم را ذوب می کنند و با فشار داخل قالب می ریزند. در صنعت ساخت هیت سینک یک لایه اکسید بر سطح آلمینیوم ایجاد می کنند که ضخامت آن بیشتر از لایه ی اکسید طبیعی خود آلمینیوم است به این فرایند آنودایز می گویند. این کار باعث می شود تا آلمینیوم قابلیت رنگ پذیری پیدا کند. اگر فرایند آنودایز مشکی روی آلمینیوم انجام شود، علاوه بر بحث زیبایی توان دفع حرارت هیت سینک تا 20 درصد افزایش پیدا خواهد کرد؛ همچنین می-شود سطح آن را با آب گرم به راحتی شستشو داد.

بهترین حالت برای هیت سینک این است که سطح قطعه کف تراشی شود، و در چند مرحله با دستگاه های مخصوص سمباده کاری شده و در نهایت با دستگاه پرداخت سطح آن آینه کاری شود؛ در این حالت وضعیت تبادل حرارت بین سینک و منبع تولید حرارت به بهترین بازدهی خود می رسد.

بازدهی بیشتر با خمیر و چسب سیلیکون

اغلب هیت سینک ها دارای میخ های مخصوصی هستند که از طریق آن ها می توان هیت سینک را روی برد مورد نظر ثابت کرد. معمولا برای انتقال بهتر دما از قطعه گرمازا به هیت سینک از خمیری به نام سیلیکون یا برای چسباندن و انتقال بهتر ما از چسب سیلیکون استفاده می شود.

از گرمابر در چه مواردی استفاده می‌شود؟

چراغ های SMD و LED، سی پی یو ها، ترانزیستورهای قدرت، مدارهای مجتمع و تراشه های پردازنده، آی سی ها، دیودها، IGBTها و POWER MOS FETها همگی جزو قطعاتی هستند که برای خنک شدن و دفع گرمای تولید شده نیاز به هیت سینک دارند. در سی پی یو ها و مدارهای مجتمع ( روی تراشه ها به منظور کاهش گرمای تولید شده، معمولا علاوه بر هیت سینک از یک فن نیز استفاده می شود ).

خنک کردن ال ای دی و تجهیزات روشنایی

بسیاری از افراد فکر می کنند که ال ای دی ها هیچ گرمایی تولید نمی کنند، برخلاف این تصور LED ها نیز مانند بقیه وسایل الکتریکی از خود گرما تولید می کنند ولی از آنجایی که در LED ها یک هیت سینک داخلی تعبیه شده است، این گرما دفع می شود. در LED ها علاوه بر هیت سینک خارجی، از یک هیت سیت داخلی نیز استفاده شده است. اگر حرارت بالایی که در LED در نتیجه ی تابش نور تولید می شود، دفع نشود فسفر داخل ال ای دی آسیب می بیند؛ در نتیجه نور خروجی کاهش پیدا کرده و تغییر رنگ می دهد و نیز طول عمر مفید LED بسیار کاهش پیدا می کند.

هیت سینک های تولید شده در بازار با توجه به شکل ظاهریشان به مدل های مختلفی دسته بندی می شوند؛ مثل هیت سینک های خورشیدی، پروانه‌ای، تیغه‌دار، گوزنی، سوله ای، شانه ای، ناودانی، خطی و ...

هیت سینک خورشیدی

این هیت سینک ها در واقع به شکل خورشید یا ستاره، گرد و دایره ای شکل هستند و دورتادور این دایره تعدادی پره قرار گرفته است. این هیت سینک ها با توجه به اندازه ی قطر، تعداد پره ها و ارتفاعی که دارند در جاهای مختلف بکار برده می شوند. هیت سینک های خورشیدی قابل استفاده در انواع پروژکتورهای LED، POWER LED، پنل LED، وال واشرها و ... هستند.

لینک: فروش اینترنتی فن

هیت سینک وال واشر

وال واشر قطعه ای است که از قرارگرفتن چند منبع نور LED که به شکل های مختلف در کنار هم چیده شده اند، تشکیل شده است و می توان از آن به‌جای پروژکتور استفاده کرد. وال واشر از چهار بخش تشکیل شده است: LED، بدنه ی وال واشر، لنز برای پخش نور و درایور. شدت نور، جهت و زاویه ی تابش نور در وال واشر قابل تغییر است. بیشترین کاربرد وال واشرها در تزیینات نمای ساختمان و محوطه ی بیرونی ساختمان هاست. زمانی که LEDها با عبور جریان برق شروع به نوردهی می کنند گرما و حرارت زیادی از خود تولید می کنند؛ به همین دلیل از هیت سینک وال اشر برای دفع این گرما استفاده می شود. برای این کار بدنه ی آلمینیومی وال واشر را با قسمت زیرین LED تماس می دهند و بدین صورت حرارت تولید در قسمت چیپ LED توسط هیت سینک وال واشر به خارج منتقل می شود.

هیت سینک پروانه‌ای یا شاخ گوزنی

این گونه از گرمابَرها دارای شکل ویژه‌ای هستند که در دو سمت دارای شیارهای گوناگون بوده و به همین دلیل آن را هیت سینک پروانه‌ای یا گوزنی می‌نامند. از این موارد در انواع قطعات الکترونیک یا تجهیزات روشنایی مانند ال ای دی پاور ، ال ای دی نواری و ماژول آمپلی فایر، ماژول الکترونیک و.. بهره برده می‌شود.